Ресчет сажевыделения в дизелях

      Расчет эмиссии дыма в пограмме ДИЗЕЛЬ-РК осуществляется по методике профессора Н.Ф.Разлейцева /1/, в которой сделана попытка учесть влияние особенности процесса горения распыленного топлива на образование и выгорание сажевых частиц. Принято, что сажевые частицы образуются преимущественно двумя путями:

• в результате цепного деструктивного превращения молекул топлива, диффундирующих от поверхности капель к фронту пламени;
  
  
• вследствие высокотемпературной термической полимеризации и дегидрогенизации парожидкостного ядра испаряющихся капель.
  
  

      Параллельно идет процесс выгорания сажевых частиц и уменьшения их объемной концентрации вследствие расширения. Вывод уравнений выделения и выгорания сажи подробно изложен в литературе /1/, поэтому здесь приводятся лишь окончательные расчетные соотношения.

      Скорость сажеобразования в зоне горения:

где: V - текущий объем цилиндра;
        q_c - цикловая подача топлива;
       dx/dt - скорость тепловыделения.

      Скорость сажеобразования по механизму полимеризации ядер капель пропорциональна скорости исчезновения жидких капель вследствие их полного испарения. Для разных процессов она вычисляется по разным зависимостям.

      На участке впрыска:      

где: t - текущее время от начала впрыска,
        t _впр - продолжительность впрыска, 
        n'  - характеристика распределения (для дизельных форсунок n' = 2..4),  
        K - константа испарения,
        d₃₂ - средний диаметр капель по Заутеру.

      После окончания топливоподачи:

где: t ₂ - текущее время от конца подачи топлива;
       x_впр - доля теплоты. выделившаяся к концу топливоподачи.

     Скорость выгорания сажи:

где: p - текущее давление в цилндре, МПа,
       [C] = C / V - текущая концентрация сажи в объеме цилиндра. 

      Скорость изменения концентрации сажи в цилиндре из-за расширения:

      Результирующая скорость изменения концентрации сажи в цилиндре:

где:  - построчный множитель,
        n - частота вращения коленчатого вала,
        n_ном - частота вращения коленчатого вала,
       A, m - эмпирические коэффициенты.

     Концентрация сажи в выхлопных газах (приведенная к нормальным условиям)

где: p₄₈₀ - давление в цилиндре в момент 60^o до НМТ,
        k - показатель адиабаты ОГ (1.33).

      Перевод полученного значения концентрации сажи [C], г/м3 в единицы шкалы Хартриджа осуществляется по уравнению:

По аналогичным эмпирическим зависимостям концентрация сажи [C] может быть переведена, в единицы шкалы Bosch, а также в единицы коэффициента абсолютного светопоглощения K, m^-1.

      Показатели эмиссии твердых частиц могут быть вычислены по эмпирической формуле Алкидаса /2/ в зависимости дымности выхлопа:

       На рис. 1. представлены результаты расчета динамики образования и выгорания сажи автомобильного дизеля КамАЗ 7405.

Рис. 1. Скорость образования и выгорания сажи автомобильного дизеля КамАЗ
(n=2200 1/мин;  Pe=9.5 бар)

      На рис. 2. приведено сопоставление результатов расчета эмиссии сажи (Hartridge) с результатами измерений по внешней скоростной характеристике этого же двигателя. Кроме того сопоставление расчетных и экспериментальных данных проведено по удельному эффективному расходу топлива и максимальному давлению цикла. Для каждого из трех режимов внешней скоростной характеристики задавалась своя форма характеристики впрыска.

Рис. 2. Внешняя скоростная характеристика дизеля КамАЗ 7405.

      Экспериментальные данные предоставлены НТЦ КамАЗ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. -Харьков: Вища школа, 1980. -169с.

2. Alkidas A.C. Relationship between smoke measurements and particulate measurements. SAE Techn. Pap. Ser., 1984, N 840412, 9p.

Вернуться на страницу Мат. модели