Режимы горения водорода при прямой подаче его в камеру сгорания ДВС

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена анализу процессов в камере сгорания двигателя с искровым зажиганием при прямой струйной подаче водорода на такте сжатия. Методами численного моделирования исследуются особенности перемешивания водорода с воздухом и его горения после воспламенения от искры в момент достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ). Рассмотрены режимы горения при варьировании давления впрыска от 20 до 140 атм и времени начала впрыска от 180° до 45° поворота коленчатого вала (п.к.в.) до ВМТ. Во всех случаях при впрыске в камеру сгорания подается масса водорода, необходимая для образования стехиометрической смеси с воздухом. Получено, что наиболее однородная смесь на момент поджига образуется при ранней подаче (180°–135° п.к.в. до ВМТ) под относительно невысоким давлением (20–60 атм). Поджиг однородной смеси в рассматриваемых условиях приводит к детонационному режиму сгорания. Меньшая степень однородности смеси соответствует медленному, дефлаграционному, режиму горения. Важно отметить, что неоднородность смеси определяет неоднозначность формирования того или иного режима горения в зависимости от локального состава смеси в области искры. При этом наиболее медленный режим горения обеспечивает максимальное недогорание водорода: до 8.2%. В целом, рассмотренные диапазоны давления и времени начала подачи соответствуют удовлетворительным значениям недогорания водорода, не превышающим 4%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Е. Смыгалина

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: smygalina-anna@yandex.ru
Россия, Москва

А. Д. Киверин

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Email: smygalina-anna@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66. https://doi.org/10.31857/S0207401X2208012X
  2. Медведев С.П., Максимова О.Г., Черепанова Т.Т. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 11. С. 73. https://doi.org/10.31857/S0207401X22110085
  3. Фролов С.М., Иванов В.С. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 4. С. 68. https://doi.org/10.31857/S0207401X21040075
  4. Wei H., Hu Z., Ma J. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 34. P. 12905. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.12.031
  5. Duan Y., Sun B., Li Q. et al. // Energy Convers. Manag. 2023. V. 291. № 117267. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117267
  6. Park C., Kim Y., Oh S. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 50. P. 21552. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.04.274
  7. Fu Z., Gao W., Li Y. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 51. P. 19700. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.02.041
  8. Yosri M., Palulli R., Talei M. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 46. P. 17689. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.01.228
  9. Lai F., Sun B., Wang X. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 20. P. 7488. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.091
  10. Anticaglia A., Balduzzi F., Ferrara G. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 83. P. 32553. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.04.339
  11. Zhao F., Sun B., Yuan S. et al. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 49. Part B. P. 713. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.039
  12. Babayev R., Andersson A., Dalmau A.S., Im H.G., Johansson B. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 35. P. 18678. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.02.223
  13. Conaire M.O., Curran H.J., Simmie J.M., Pitz W.J., Westbrook C.K. // Intern. J. Chem. Kinet. 2004. V. 36. № 11. P. 603. https://doi.org/10.1002/kin.20036
  14. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука, 1982.
  15. Liberman M.A., Ivanov M.F., Valiev D.M., Eriksson L.E. // Combust. Sci. Technol. 2006. V. 178. № 9. P. 1613. https://doi.org/10.1080/00102200500536316
  16. Зайченко В.М., Киверин А.Д., Смыгалина А.Е., Цыплаков А.И. // Изв. РАН. Энергетика. 2018. № 4. С. 87. https://doi.org/10.31857/S000233100002367-7
  17. Смыгалина А.Е., Киверин А.Д., Зайченко В.М., Цыплаков А.И. // Инж.-физ. журн. 2022. Т. 95. № 1. С. 169. https://doi.org/10.1007/s10891-022-02478-y
  18. Smygalina A.E., Kiverin A.D. // J. Zhejiang Uni. Sci. A. 2022. V. 23. № 10. P. 838. https://doi.org/10.1631/jzus.A2200217
  19. Киверин А.Д., Смыгалина А.Е. // Теплофизика высоких температур. 2022. Т. 60. № 1. С. 103. https://doi.org/10.31857/S0040364422010197
  20. Ivanov M.F., Kiverin A.D., Yakovenko I.S., Liberman M.A. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. № 36. P. 16427. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.08.124
  21. Киверин А.Д., Смыгалина А.Е., Яковенко И.С. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 8. С. 9. https://doi.org/10.31857/S0207401X2008004X
  22. Смыгалина А.Е., Киверин А.Д. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 11. С. 63. https://doi.org/10.31857/S0207401X22110127
  23. Heywood J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York: McGraw-Hill, 1988.
  24. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. М.: Физматлит, 2006.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема расчетной области: 1 – ось симметрии, 2 – стенка со щелью, 3 – цилиндр, 4 – камера высокого давления, 5 – положение искрового поджига, 6 – нижняя мертвая точка, 7 – верхняя мертвая точка.

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Эволюция массовой доли водорода в цилиндре, w(H2), по мере впрыска H2 под давлением 20, 60, 100 и 140 атм (кривые 1–4, соответственно). Время начала впрыска составляет 10 мс или 90° п.к.в.

Скачать (19KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Степень однородности смеси σ в зависимости от времени при впрыске водорода под давлением 20, 60, 100 и 140 атм (фрагменты а–г, соответственно) при временах начала впрыска 0°, 45°, 90° и 135° п.к.в. (кривые 1–4, соответственно, на каждом фрагменте).

Скачать (59KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Поля мольной доли водорода, Y(H2), на последовательные моменты времени при осуществлении впрыска под давлением 20 (а) и 100 атм (б) в момент, соотвествующий 0° п.к.в.

Скачать (44KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Поля мольной доли водорода, Y(H2), на последовательные моменты времени при осуществлении впрыска под давлением 20 (а) и 100 атм (б) в момент, соотвествующий 135° п.к.в.

Скачать (26KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Индикаторные диаграммы в случае поджига при 180° п.к.в. для следующих условий впрыска: под давлением 20, 60, 100 и 140 атм (фрагменты а–г) в моменты времени, соответствующие 0°, 45°, 90° и 135° п.к.в. (кривые 1–4, соответственно, на каждом фрагменте).

Скачать (66KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изменение во времени доли сгоревшего водорода по массе, xb, в случае поджига при 180° п.к.в. для следующих условий впрыска: под давлением 20, 60, 100 и 140 атм (фрагменты а–г) в моменты времени, соответствующие 0°, 45°, 90° и 135° п.к.в. (кривые 1–4, соответственно, на каждом фрагменте).

Скачать (56KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменение во времени массовой доли водорода в цилиндре, w(H2), в случае поджига при 180° п.к.в. для следующих условий впрыска: под давлением 20, 60, 100 и 140 атм (фрагменты а–г) в моменты времени, соответствующие 0°, 45°, 90° и 135° п.к.в. (кривые 1–4, соответственно, на каждом фрагменте).

Скачать (57KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость степени недогорания водорода по массе, δm, от времени начала впрыска (фрагмент а, кривые 1–4 соответствуют начальным давлениям 20, 60, 100 и 140 атм) и давления впрыска (фрагмент б, кривые 1–4 соответствуют временам начала впрыска 0°, 45°, 90° и 135° п.к.в.).

Скачать (30KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».