Локальный теплообмен в камере сгорания водородного двигателя, работающего на обедненной смеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат наук Чэн Жунжун

• Чэн Жунжун
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Чэн Жунжун

ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ЛОКАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ПОРШНЕВЫХ ВОДОРОДНЫХ

ДВИГАТЕЛЯХ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

1. 1 Актуальность применения водорода в качестве моторного топлива поршневых двигателях

1.2 Производство водорода из минерального сырья

1.3 Особенности рабочего процесса водородного двигателя

1.4 Краткий анализ работ по исследованию теплообмена в водородных

двигателях

Выводы по главе 1. Цель и задачи диссертационной работы

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ЛОКАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ПОРШНЕВОМ ДВИГАТЕЛЕ

С ВПРЫСКИВАНИЕМ ГАЗООБРАЗНОГО ВОДОРОДА ВО ВПУСКНУЮ СИСТЕМУ

2.1. Краткое описание 3D-математической модели рабочего процесса водородного двигателя

2.2. к-^ модель турбулентности

2.3. Моделирование локального теплообмена в камере сгорания водородного двигателя с применением пристеночных функций

2.4. Моделирование процесса сгорания

2.5. Экспериментальное исследование водородного двигателя с впрыскиванием газообразного водорода во впускную систему

2.6. Верификация 3D- модели рабочего процесса водородного двигателя

с применением результатов экспериментального исследования

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОГО НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛООБМЕНА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ И ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ ВОДОРОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ОБЕДНЕННОЙ СМЕСИ

3.1. Краткое описание используемого метода исследования локального нестационарного теплообмена в камере сгорания и теплового

состояния поршня водородного двигателя

3.2. Влияние коэффициента избытка воздуха на индикаторные показатели водородного двигателя

3.3. Влияние коэффициента избытка воздуха на локальный нестационарный теплообмен в камере сгорания водородного двигателя

3.4. Влияние коэффициента избытка воздуха на тепловое состояние

поршня водородного двигателя

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ РЕГУЛИРУЕМЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ЛОКАЛЬНЫЙ НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ И НА ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ ВОДОРОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ОБЕДНЕННОЙ СМЕСИ

4.1. Влияние угла опережения зажигания на рабочий процесс водородного двигателя

4.2. Влияние угла опережения зажигания на локальный коэффициент нестационарного теплообмена в камере сгорания водородного двигателя

4.3. Влияние угла опережения зажигания на изменений локальных нестационарных температур рабочего тела в объеме камеры сгорания водородного двигателя

4.4. Влияние угла опережения зажигания на тепловые нагрузки

поршня водородного двигателя

4.5. Влияние особенности конструкции поршня водородного двигателя

на термические граничные условия на его огневой поверхности

4.6. Влияние угла опережения зажигания на тепловое состояние

поршня водородного двигателя

4.7. Влияние частоты вращения коленчатого вала на тепловое

состояния поршня водородного двигателя

4.8. Сравнительный анализ процесса теплообмена в камерах сгорания водородного и бензинового двигателей

4.9. Гашение пламени в водородном двигателе и его влияние на теплообмен в камере сгорания

4.9.1 Состояние вопроса

4.9.2 Теоретические основы процесса гашения пламени

4.9.3 Оценка критического значения числа Pe и расстояния гашения пламени в щели между поршнем и гильзой исследуемого водородного двигателя

4.9.4 Моделирование теплового состояния поршня водородного двигателя при и без гашения пламени

Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ

Условные обозначения

С - концентрация кг/м3

ср - удельная теплоемкость газа при постоянном давлении Дж/(кг-К)

В - диаметр цилиндра мм

Н - энтальпия Дж

к - кинетическая энергия турбулентности м2/с2

т - масса кг

п - частота вращения коленчатого вала мин-1

Ые - эффективная мощность двигателя кВт

р - давление МПа

р2 - максимальное давление в цилиндре двигателя МПа

q - плотность теплового потока Вт/м2

Q - количество теплоты Дж

5 - ход поршня мм

ст - средняя скорость поршня м/с

Т - температура К

и - продольная составляющая скорости м/с

Ж - скорость м/с

а - коэффициент теплоотдачи Вт/(м2К)

аВ - коэффициент избытка воздуха

е - степень сжатия двигателя

Ф - угол поворота коленчатого вала ° УПКВ

¡л - коэффициент динамической вязкости Нс/м2

X - коэффициент теплопроводности Вт/(мК)

р - плотность кг/м3

уТ - турбулентная вязкость м2/с

т - время с

у+ - безразмерное расстояние от стенки

и+ - безразмерная скорость

а - осредненный за цикл коэффициент теплоотдачи Вт/(м2К)

Ты рез - результирующая температура К

Индексы

1, к - текущие индексы; w - значение параметра на поверхности стенки; да -значение параметра за пограничным слоем.

Список основных сокращений

ВМТ - верхняя мёртвая точка;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

КС - камера сгорания;

КО - контрольный объем;

ПД - поршневые двигатели;

ECFM - Extended Coherent Flame Model;

ВВ - вредные вещества

УПКВ - угол поворота коленчатого вала.

Остальные обозначения и индексы прояснены в тексте диссертационной работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Локальный теплообмен в камере сгорания водородного двигателя, работающего на обедненной смеси»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Дефицит резервов природного топлива и ужесточение экологических требования ставят актуальную задачу перед поршневыми двигателями - основными источниками энергии для наземного и водного транспорта, имеющими наивысший КПД среди существующих в настоящее время тепловых машин, в ближайшем будущем перейти на альтернативные топлива среди которых наиболее перспективным является водород.

Преимущества водорода, как моторного топлива, заключаются в его замечательных теплофизических свойствах: высокая удельная теплота сгорания, высокая скорость сгорания (скорость пламени в воздухе), широкие концентрационные пределы горения. Однако, низкое значение минимальной энергии воспламенения может привести к таким аномальным явлениям в рабочем процессе водородного двигателя с внешним смесеобразованием, как детонация или подобное детонации сгорание, преждевременное воспламенение и обратный выброс. По последним экспериментальным данным основной причиной этих нежелательных явлений является повышение температуры отработавших газов, имеющее место при стехиометрических и близких к ним смесях, и их перемешивание со свежей во-дородно-воздушной смесью в момент перекрытия клапанов. Установлено, что использование обедненной смеси (а в > 1.5-1.6) в водородных двигателях с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием предотвращает указанные аномальные явления и гарантирует устойчивую работу и вполне приемлемую эмиссию оксидов азота. Правда, работа на обедненной смеси не позволяет водородному двигателю развивать максимально возможную мощность, однако возможности изменения состава смеси и использования качественного регулирования, делает водородный двигатель более экономичным, особенно в условиях эксплуатации на частичных нагрузках.

С другой стороны, специфический характер горения водорода, обусловленный указанными теплофизическими свойствами, прежде всего, высокие (по

сравнению с бензиновым двигателем) значения скоростей тепловыделения и перемещения пламени, а также локальных и максимальных за цикл температур рабочего тела, одновременно с измененными характеристиками течения в цилиндре, обусловливают изменения условий конвективного теплообмена и возникновения термических нагрузок на основные детали, в частности на поршень. Следует также учесть отсутствие слоя нагара на тепловоспринимающих поверхностях камеры сгорания, играющего роль естественного теплоизолятора в случае горения бензина и дизельного топлива. Это приводит к необходимости проведения исследований локального теплообмена в камере сгорания водородного двигателя с целью оценки тепловых потерь, определения термических нагрузок на поверхности камеры сгорания и теплового состояния деталей, что особенно важно при конвертировании серийных бензиновых двигателей на водород.

Несмотря на очевидную актуальность такой задачи, до настоящего времени не известны детальные исследования по теплообмену в камере сгорания водородного двигателя с внешним смесеобразованием с применением ЗЭ-моделей рабочего процесса и теплообмена. Известные до настоящего времени исследования ограничиваются применением известных термодинамических соотношений, а также их уточнениями введением эмпирических коэффициентов.

Цель диссертационной работы. Целью работы являлось экспериментальное исследование и ЗЭ-моделирование рабочего процесса и локального нестационарного теплообмена в камере сгорания и теплового состояния поршня водородного двигателя с внешним смесеобразованием, работающего на обедненной смеси, в зависимости от изменения регулируемых, а также конструктивных факторов.

Основные задачи диссертационной работы. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка ЗЭ-математической модели рабочего процесса и локального нестационарного теплообмена в камере сгорания (КС) водородного двигателя с внеш-

ним смесеобразованием, основанной на фундаментальных уравнениях типа На-вье-Стокса и современных ЯЛКБ-моделей турбулентности, горения и турбулентного теплообмена в пристеночных слоях;

2. Экспериментальное определение эффективных показателей и индицирование экспериментального бензинового двигателя, конвертированного на водород, с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием, работающем на обедненной смеси водорода с воздухом в стендовых условиях в широком диапазоне изменения нагрузочных и скоростных режимов работы.

3. Установление опытным путем границ изменения коэффициента избытка воздуха при работе на обедненной смеси, предотвращающих возникновение аномальных процессов сгорания (детонация, преждевременное воспламенение, обратный выброс). Верификация 3Э-математической модели на основе полученных экспериментальных данных.

4. Моделирование термических граничных условий на тепловоспринимающей поверхности поршня водородного двигателя, работающего на обедненной смеси, изменяющихся в зависимости от регулируемых параметров рабочего процесса, таких, как коэффициент избытка воздуха ав, угол опережения зажигания фзаж, степень рециркуляции отработавших газов (РОГ), а также в зависимости от конструктивных особенностей камеры сгорания;

5. Моделирование теплового состояния поршня в зависимости от изменения указанных регулируемых параметров рабочего процесса водородного двигателя, работающего на обедненной смеси;

6. Оценка тепловых потерь в рабочем процессе водородного двигателя в зависимости от особенности горения водорода;

7. Сравнительный анализ результатов локального теплообмена и теплового состояния поршней серийного базового бензинового двигателя с внешним смесеобразованием и его модификации, конвертированной на водород и выдача практических рекомендаций по конвертированию серийного бензинового двигателя с внешним смесеобразованием на водород.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- впервые задача определения термических граничных условий, необходимых для моделирования теплонапряженного состояния деталей водородного двигателя, работающего на обедненной смеси, решается в ЭЭ-постановке;

- предложена и расчетно-экспериментальными исследованиями обоснована гипотеза, основанная на явлении гашения пламени для разъяснения факта относительного увеличения тепловых потерь в рабочем процессе водородного двигателя по сравнению с традиционным бензиновым двигателем.

Достоверность и обоснованность научных положений определяются

- применением фундаментальных законов и уравнений теории теплообмена, гидро-газодинамики и теории горения с соответствующими граничными условиями, современных численных методов реализации ЭЭ-математических моделей, результатами верификации математических моделей путем сравнения с результатами эксперимента;

- применением современных, хорошо апробированных RANS-моделей турбулентности, теплообмена в пристеночных слоях и горения, реализуемых в 3D -CFD коде AVL FIRE (лицензионное соглашение между фирмой AVL и МГТУ им. Н.Э. Баумана);

- применением надежных опытных данных по индицированию и экспериментальному исследованию рабочего процесса экспериментального водородного двигателя, в том числе полученных при непосредственном участии автора диссертации в процессе совместных исследований МГТУ им. Н.Э. Баумана и Пекинского технологического института.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

- разработан инструмент, позволяющий прогнозировать локальные нестационарные тепловые нагрузки на тепловоспринимающие поверхности камеры сгорания водородного двигателя, позволяющие с достаточной точностью, в частности моделировать тепловое состояние поршня в зависимости от изменения его регулируемых и конструктивных параметров;

- определены диапазоны изменения регулируемых параметров (коэффициента избытка воздуха, угла опережения зажигания, степени РОГ, частоты вращения коленчатого вала и др.), обеспечивающих предотвращение возникновения аномальных процессов сгорания в водородном двигателе с внешним смесеобразованием и приемлемые теплонапряженные состояния его основных деталей, в частности поршня.

Автор защищает:

- результаты экспериментального исследования и 3Э-моделирования рабочего процесса и локального теплообмена в камере сгорания водородного двигателя по влиянию регулируемых параметров (коэффициента избытка воздуха, угла опережения зажигания, степени РОГ, частоты вращения коленчатого вала и др.) на термические нагрузки основных деталей и их тепловое состояние при работе на обедненных смесях;

- экспериментально обоснованные 3Э-математические модели внутрици-линдровых процессов в водородном двигателе с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием, а также методы численной реализации этих моделей и результаты численных экспериментов, полученных на основе разработанных и применяемых моделей и методов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены:

- на II Международной научно-практической конференции «Материаловедение, машиностроение и энергетика: проблемы и перспективы развития» (Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, 20-21 ноября 2020 г. Форма участия в конференции: заочная);

- на заседаниях кафедры комбинированных двигателей и альтернативных энергоустановок МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2019, 2020, 2021 г.

Публикации: основные положения диссертации опубликованы в 8 работах, из них в изданиях РИНЦ-7, ВАК РФ-7, 8СОРШ-3:

1. Кавтарадзе Р.З., Голосов А.С., Ван Ичунь, Жунжун Чэн, Цытянь Чжан. Сравнительный анализ образования оксидов азота в камерах сгорания традиционного и водородного дизелей // Транспорт на альтернативном топливе. 2019. № 6 (72). С. 38-46.

2. Kavtaradze R., Chilashvili G., Cheng Rongrong, Chang Citian. Effect of Vortex Motion Charge on Non-Stationary Heat Transfer in the Combustion Chamber of a Hydrogen Diesel // International Scientific Journal Problems of Mechanics. 2020. № 2 (79). Р. 37-41.

3. Кавтарадзе Р.З., Зеленцов А.А., Сун Байган С., Ван Ичунь, Жунжун Чэн, Цытянь Чжан. Экспериментальное исследование рабочего процесса поршневого двигателя с впрыскиванием газообразного водорода во впускную систему // Транспорт на альтернативном топливе. 2020. № 5 (77). С. 49-61.

4. Кавтарадзе Р.З., Кондратьев А.М., Жунжун Ч., Цытянь Ч., Байган С., Сахвадзе Г.Ж. Локальный теплообмен в камере сгорания водородного двигателя, работающего на обедненной горючей смеси // РАН. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. № 1. С. 97-107.

Kavtaradze R.Z., Kondratev A.M., Rongrong Ch., Citian Ch., Baigang S., Sakhvadze G. Zh. Local Heat Exchange in the Combustion Chamber of a Hydrogen Engine Running on a Lean Fuel Mixture // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2021. № 1. Р. 79-87.

5. Кавтарадзе Р.З., Чэн Жунжун, Чжан Цытянь, Сун Байган, Ван Ичунь, Сахвадзе Г.Ж. Экспериментальное исследование и ЭЭ-моделирование рабочего процесса водородного двигателя, работающего на обедненной смеси // Вестник Машиностроения. 2021. № 1. С. 28-34.

Kavtaradze R.Z., Cheng Rongrong, Chang Citian, Sun Baigan, Wang Yichun, Sakhvadze G. Zh. Experimental Study and 3D Modeling of Working Process of Hydrogen Engine Running on Lean Fuel Mixture // Russian Engineering Research. 2021. № 1. Р. 296-301.

6. Kavtaradze R.Z., Natriashvilil T.M., Glonti M.G., Baigang Sun, Yichun Wang, Cheng Rongrong, Chang Citian. Influence of the exhaust gas recirculation on formation of NOx in the hydrogen engine working on the leaked mixture (Experiment and 3D modeling) // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 1100 Art. 012013. 2021. P.l-7.

7. Р.З. Кавтарадзе, Д.О. Онищенко, В.М. Краснов, Жунжун Чэн, Цытянь Чжан. Влияние регулируемых параметров рабочего процесса на образование оксидов азота в водородном двигателе // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2021. № 11. С. 27-41.

8. Р.З. Кавтарадзе, Байган Сун, А.С. Голосов, Жунжун Чэн, Цытянь Чжан. Эффективные показатели водородного двигателя с модифицированной системой топливоподачи при работе на обедненной смеси // Труды НАМИ. (находится в печати)

В работах 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 соискатель скорректировала и настроила математическую модель для проведения численных экспериментов по исследованию нестационарного локального теплообмена в камере сгорания в водородного двигателя и провела верификацию модели с применением экспериментальных индикаторных диаграмм. Принимала непосредственное участие в лабораторных испытаниях экспериментального водородного двигателя, занималась измерением давления в цилиндре. Моделировала тепловое состояния поршней водородного и базового бензинового двигателей, обработала полученные данные, проанализировала влияние различных факторов на температурные поля поршней и провела их сравнительный анализ.

Объем работы: диссертационная работа содержит 151 страница основного текста, 68 рисунков, 5 таблиц, состоит из введения, 4-х глав, общих выводов, списка литературы, включающего 102 наименования.

Часть проведенных исследований выполнялась в рамках гранта РФФИ № 18-08-00275 («Влияние конструктивных и регулируемых параметров на локальный нестационарный теплообмен в камере сгорания и тепловое состояние деталей водородного дизеля»).

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, д.т.н., профессору Ревазу Зурабовичу Кавтарадзе за неоценимую помощь, постоянное внимание и поддержку при работе над диссертацией, профессорам Пекинского технологического института (ПТИ) Сун Байган и Ван Ичунь - за предоставления возможности проведения экспериментальных исследований в лаборатории ПТИ и обсуждения результатов, доценту кафедры комбинированных двигателей и альтернативных энергоустановок Андрею Александровичу Зеленцову за помощь в освоении 3D CRFD-кода FIRE, а также всему коллективу кафедры «Комбинированные двигатели и альтернативные энергоустановки» МГТУ им. Н.Э. Баумана - за поддержку в процессе работы и дружеское отношение.

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ЛОКАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ПОРШНЕВЫХ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

1.1. Актуальность применения водорода в качестве моторного топлива

поршневых двигателях

В настоящее время из-за большого количества поршневых двигателей (ПД), широко применяемых практически во всех отраслях экономики, прежде всего, на наземном и водном транспорте, а также в авиации общего и специального назначения, всемирное общество сталкивается с серьезным дефицитом энергии и загрязнением окружающей среды: с одной стороны, ПД потребляют большое количество нефти и природного газа на земле, которые являются невозобновляе-мыми источниками энергии; с другой стороны, выхлопные газы ПД, особенно автомобильных, становятся важным источником загрязнения окружающей среды. Выбросы ПД, такие как СО, К0х, С02 и твердые частицы, ограниченные законодательством практически во всех странах мира, оказывают серьезное влияние на организм человека и окружающую среду. Столкнувшись с этими серьезными проблемами, разработка и создание экологически чистых ПД для транспортных средств с использованием новых источников энергии стало насущной потребностью современного общества.

Используемые на сегодня возобновляемые источники энергии, такие как гидро- и солнечная энергия, энергия ветра и энергия биомассы, имеют недостатки, связанные с неудобствами хранения и транспортировки. С этими проблемами связан также водород, однако гораздо с меньшей степени. Он, как моторное топливо, имеет замечательные теплофизические свойства, такие, как теплота сгорания топлива, широкий диапазон пределов воспламенения по коэффициенту избытка воздуха ав, высокая скорость распространения пламени, минимальная энергия зажигания в воздухе и др. (см. Таблицу 1) [1, 2] . Кроме того, водород,

как экологически чистое горючее, может сыграть важную роль в снижении загрязнения окружающей среды и контроле парникового эффекта.

Единственным вредным компонентом отработавших газов при сгорании водорода и кислорода являются оксиды азота КОх, уровень выбросов которых ограничен законодательством. Очевидно, что гораздо проще снизить отдельные, определенные вредные выбросы, чем уменьшать разнообразные вредные вещества. Заметим, что количество оксидов азота в отработавших газах водородных двигателей ожидается больше, чем в отработавших газах традиционных двигателей. Причина этого является высокое значение максимальной температуры цикла Т , обусловленное возможностью выгорания большего количества водорода за относительное короткое время (см. Таблицу 1). Однако при хорошо организованном рабочем процессе водородный двигатель выбрасывает относительное количество оксидов азота, не превышающее эмиссию N0 двигателя на традиционном топливе.

Таблица 1.

Теплофизические свойства альтернативных и традиционных моторных топлив

Свойство Бензин (Бирег Р1ш) Дизельное топливо Метан Водород

Плотность в жидком состоянии, кг/м3, прир = 1,013 бар и температуре г, °С 750-770 15 820-845 15 423 -162 70,8 -253

Плотность в газообразном состоянии, кг/м3, при р = 1,013 бар; г = 0 °С 0,716 0,090

Молярная масса, кг/кмоль -98 -190 16,043 2,016

Температура (интервал температуры) кипения, °С, при р = 1,013 бар 30-190 210-355 -161,5 -252,8

Стехиометрическое количество воздуха, кг воздуха/кг топлива Объемный % 14,0 14,7 17,2 9,5 34,3 29,5

Таблица 1. (продолжение)

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг 41 400 42 900 50 000 120 000

Энергоемкость, кДж/дм3: в жидком состоянии при р = 1,013 бар; в газообразном состоянии при р = 350 бар, Т = 280 К 31 700 35 800 21 000 12 600 8 500 3 000

Теплота сгорания горючей смеси, кДж/м3, при внешнем смесеобразовании при р = 1,013 бар; X = 0 °С; ав = 1 3 760 3 400 3 190

Теплота сгорания горючей смеси, кДж/м3, при внутреннем смесеобразовании при р = 1,013 бар; X = 0 °С; ав = 1 3 830 3 770 3 760 4 520

Пределы воспламенения в воздухе при р = 1,013 бар; X = 25 °С: объемный % интервал ав 1-7,6 1,4-0,4 0,6-5,5 1,35-0,48 4,4-15 2,28-0,6 4-76 10-0,13

Температура самовоспламенения в воздухе, °С, при р = 1,013 бар 230-450 250 595 585

Минимальная энергия зажигания в воздухе, мДж, при ав = 1 0,24 0,24 0,29 0,017

Коэффициент диффузии в воздухе, м2/с: при р = 1,013 бар; X = 0 °С при р = 100 бар; Т = 1000 К 5-10-6 - 1610-6 1,910-6 6110-6 8,5-10-6

Скорость ламинарного пламени в воздухе, м/с, при р = 1,013 бар; X = 25 °С; ав = 1 «0,4 «0,4 ¡«0,42 «2,30

Октановое число (исследовательское) 98 - 130 -

Метановое число 88 - 100 0

Цетановое число - 52-54 - -

Массовая доля компонентов, %: С Н О 85,6 12,2 2,2 86,1 13,9 0 74,9 25,1 0 0 100 0

Применение водорода в газовом или жидком состоянии в поршневых двигателях может быть реализовано на основе следующих концептуальных подходов организации рабочего процесса [3, 4, 5]: 1.Традиционные двигатели (бензиновые и дизели) с использованием водорода в качестве небольшой добавки к основному топливу; 2. Водородный двигатель с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием водородно-воздушной смеси; 3. Водородный дизель с непосредственным впрыскиванием водорода.

В данной работе изложены расчетно-экспериментальный метод и полученные на его основе результаты исследования второй концепции, наиболее актуальной с точки зрения количества автомобилей, конвертирование которых на водород, безусловно, может внести значительные достижения в улучшение экологии окружающей среды. В связи с этим можно утверждать, что целесообразность практической реализации данной концепции очевидна.

1.2. Производство водорода из минерального сырья

В настоящее время производство водорода неуклонно растет. На 2019 год в мире потреблялся 75 млн тонн водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака КН3-нитрида водорода (или гидрида азота), представляющего собой неорганическое соединение азота и водорода, годовое производство которого в мире превышает 180 млн. тон [6,7]. Заметим, что из них годового мирового производства водорода более 3/4 получается из природного газа, для чего расходуется более 205 млрд м3 газа. Почти все остальное получают из угля. Около 0,1% (~100 тыс. тонн) вырабатывается электролизом воды. Заметим, что при производстве водорода в атмосферу поступает в среднем ~830 млн тонн парникового газа СО2 [6].

Стратегические перспективы водорода, как моторного топлива (и не только!), непосредственно зависят от развития низкоуглеродной водородной энергетики, позволяющей сократить выбросы парникового газа СО2 [6,7]. Такая

энергетика подразумевает применения в качестве энергоносителя такого водорода, который имеет низкий углеродный след, и ее развитие играет важнейшую роль в процессе декарбонизации экономики в связи: 1. С высоким потенциалом самого энергоносителя (водорода); 2. Способностью водорода, как средства накопления и хранения энергии.

На Рисунке 1.1 приведены данные Международного энергетического агентства (МЭА- International energy agency, IEA). Согласно аналитическим исследованиям этого агентства сложная ситуация в мировой экономике, вызванная кризисом 2020 года, нанес серьезный удар и водородной индустрии. Это связано с значительными потерями в нефтепереработавшей, химической и металлургических отраслях, формирующих основную долю спроса на водород в настоящее время. Тем ни менее, даже с учетом осторожности в оценках МЭА [6], базовый прогноз по производству водорода является весьма позитивным, что хорошо видно из Рисунке 1.1: 2020 год становится переломным в развитии низкоуглеродного (декарбонизированного) производства водорода и обозначает начало его, экспоненциального роста.

Рисунок 1.1. Низко углеродное производство водорода в мире (-фактическое,

----прогноз)

Коротко охарактеризуем указанные выше промышленные методы производства водорода. Получение водорода из природного газа (метана) осуществляется путем паровой конверсии метана с водяным паром при 1000 °С:

СН4 + Н2О ^ СО + 3Н2. (1.1)

Себестоимость водорода, полученного из природного газа на основе реакции (1.1) оценивается в 1,5-3 доллара США за 1 кг [6].

Из метана водород можно получить также путем его каталитического окисления кислородом:

2СН4 + О2 ^ 2СО + 4Н2. (1.2)

Получение водорода из угля является старейший способом. Оно осуществляется пропусканием паров воды над раскалённым углем при температуре около 1000 С.

Н2О + С ^ СО + Н2. (1.3)

Себестоимость водорода, полученного на основе (1.3) составляет примерно 2-2,5 долларов США за килограмм водорода. В перспективе возможно снижение этой цены до 1,50 долларов США, включая доставку и хранение [6].

В отличие от рассмотренных метод получения водорода путем электролиза воды является полностью декарбонизированным. В качестве электролитов используются гидроксид натрия, сульфат калия или серная кислота, которые помещаются в воде, чтобы активировать их. Это способствует выделению газообразного водорода из электрода. Чистота водорода, получаемого путем электролиза воды, может достигать 99,5-99,8%.

2И20 г 2И2 + 02. (1.4)

Хотя электролиз воды является декарбонириванным методом получения водорода и не требует применения ископаемых топлив (природного газа или угля), он потребляет большое количество электричества (примерно 50~60 кВтч электроэнергии на килограмм произведенного водорода), и его стоимость высока. Только в случае резкого увеличения производства электроэнергии и снижения ее цены может удешевить крупномасштабное производство водорода путем электролиза воды.

Таким образом, производство водорода из природного газа в настоящее

время является самым дешевым, поэтому и самым распространенным.

Следует отметить, что в настоящее время во многих странах ведутся усиленные научно-исследовательские работы для разработки методов получения дешевого водорода. В частности, заслуживает интерес сообщение, распространенное информационным агентством «Синьхуа», в котором речь идет о разработке учеными во главе профессора Чжэцзянского университета Хоу Ян нового катализатора на основе никеля, позволяющего уменьшить затраты на получение водорода из воды более чем на 80% [9]. Заметим, что новый катализатор призван заменить используемые в настоящее время катализаторы из редкого и дорогого металла иридия.

Таким образом, основное препятствие, мешающее широкому внедрению водорода в качестве моторного топлива - дороговизна современных технологии его производства, обусловливающее его высокую себестоимость. Однако, как справедливо отмечается в [1], опыт развития поршневого двигателестроения, как и любой другой области техники, показывает, что те проблемы, которые сегодня являются труднодоступными, через некоторое время они становятся простыми и легко решаемыми. Тенденции поиска и открытия новых методов производства водорода, а также неуклонный рост в его потребности, подкрепленные необходимостью решения глобальной экологической проблемы, вселяют надежность, что проблема цены водорода в ближайшее время непременно будет решена. Очевидно, что теория поршневых двигателей, двигателестроительная отрасль в целом должны быть готовы к развитию этого, безусловно, чрезвычайно важного и актуального направления.

1.3. Особенности рабочего процесса водородного двигателя

Свойство топлива оказывает существенное влияние на рабочий процесс двигателя. При использовании водорода в качестве топлива для ПДВС обычно применятся два основных способов смесеобразования: внешнее (предварительное смесеобразование) [1, 2, 10] и внутреннее (непосредственное впрыскивание)

[1, 5].

Образование предварительно смешанного газа подразумевает, что водородное топливо впрыскивается и смешивается с воздухом во впускной канал. Водородный двигатель в таком случае по сравнению с традиционным двигателем с внешним смесеобразованием имеет незначительные конструктивные изменения. Образование и сгорание горючей смеси при этом относительно легко организуется, а смешанный газ образуется с высоким уровнем гомогенности. Однако, экспериментальные исследования показали, что работа водородного двигателя на стехиометрической смеси нецелесообразно из-за опасности появления детонационного сгорания, и следует ограничиться применением обедненной смесью [11,12]. Применение обедненной смеси со своей стороны, в отличие, например, от бензинового двигателя приводит к тому, максимально возможная мощность водородного двигателя с внешним смесеобразованием не достигается. Потери этой мощности при этом могут составить 25% [11]. Аномальное сгорание, такое как предварительное зажигание и обратный выброс, могут происходить также при высокой нагрузке, когда коэффициент избытка воздуха ав~1,0 [12]. Заметим, что внешнее, т.е. предварительное, смешивание позволяет использовать простую и недорогую топливоподающую аппаратуру с невысоким давлением впрыскивания водорода [2, 3, 10]. При оптимизации рабочего процесса опасность возникновения различных видов аномального сгорания, таких как детонация, обратный выброс (его также называют обратной вспышкой) и преждевременное зажигание, может быть в некоторой степени снижена. Очевидно, что водородные двигатели с внешним смесеобразованием, как правило, имеют небольшую мощность и применяются в основном для легковых автомобилей, а также для мотоциклов и мопедов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чэн Жунжун, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кавтарадзе Р.З. Теплофизические процессы в дизелях, конвертированных на природный газ и водород. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 238 с.

2. Eichlseder, H. and Klell, M., Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik. Erzeugung, Speicherung, Anwendung. Wiesbaden, Teubner Verlag, 2008. 288 s.

3. Basshuesen R., Schäfer F. Handbuch. Verbrennungsmotor. 4. Aufgabe. Wiesbaden: Vieweg & Sohn Verlag, 2007. 1032 s.

4. Natriashvili T., Kavtaradze R., Glonti M., Chilashvili G. Ecological Characteristics of the Direct Injection Hydrogen Diesel with the Use of the 3D Model // Bulletin of the Georgian National Academy of Sciences. 2020. Vol. 14. № 3. P. 56-63.

5. Kavtaradze, R., Natriashvili, T., and Gladyshev, S. Hydrogen-Diesel Engine: Problems and Prospects of Improving the Working Process // SAE Technical Paper 2019-01-0541. 2019. 15 p.

6. https://ru.wikipedia.org/wiki 26.11.2020.

7. Da Rosa A. V. Fundamentals of Renewable Energy Processes. Elsevier Press. Oxford, 2005. 700 p.

8. Водородная энергетика. Энергетический бюллетень, №2 89. Октябрь, 2020. Аналитический центр при Правительстве РФ. Наука и инновации, Росатом. 29 с.

9. Китайские ученые придумали дешевый способ получать водород из воды. «Труд» за 17.05.2019. https://www.trud.ru/article/17-05-2019/1375858

kitajskie_uchenye_pridumali_deshevyj_sposob_poluchat_vodorod_iz_vody.

10. Кавтарадзе Р.З., Голосов А.С., Ван Ичунь, Жунжун Чэн., Цытянь Чжан. Сравнительный анализ образования оксидов азота в камерах сгорания традиционного и водородного дизелей // Транспорт на альтернативном топливе. 2019. № 6 (72). С. 38-46.

11. Бармин В.П., Варшавский И.Л., Гончаров В.В. Двигатели на водороде // Природа. 1981. № 9. С. 22-29.

12. Кавтарадзе Р.З., Зеленцов А.А., Краснов В.М. Локальный теплообмен в

камере сгорания дизеля, конвертированного на природный газ и водород // РАН. Теплофизика высоких температур. 2018. Том 56. № 6. С. 924-933.

13. Кавтарадзе Р.З. Развитие теории рабочих процессов ДВС в МГТУ им. Н.Э. Баумана: от метода Гриневецкого до современных 30-моделей. Часть 1 // Двигателестроение. 2019. Том 2. № 276. С. 3-8; Часть 2 // Двигателестроение. 2019. Том 3. № 277. С. 8-15; Часть 3 // Двигателестроение. 2019. Том 4. № 278. С. 3-9; Часть 4 // Двигателестроение. 2020. Том 1. № 279. С. 3-9.

14. Rottengruber H., Wiebicke U., Woschni G., Zeilinger K. Direkteinspritzender Wasserstoff-Dieselmotor Dieselmotortechnik 2000. Aktuellestand und Entwiklungstendenzen // Kontakt und Studium, Expert -Verlag. 2000. Band 580. S. 116-130.

15. Vogel Ch. Wasserstoff-Dieselmotor mit Direkteinspritzung, hoher Leistungsdiechte und geringer Abgasemission // Teil 1: Konzept. MTZ. 1999. № 10. S. 704-708.

16. Junfa D., Fushui L., Baigang S., Backfire control and power enhancement of a hydrogen internal combustion engine // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. № 39. С. 4581-4589.

17. Xinghua L., Fushui L., Lei Z., Baigang S., Harold. J.S.. Backfire prediction in a manifold injection hydrogen internal combustion engine // International Journal of Hydrogen Energy. 2008. № 33. С. 3847-3855.

18. Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г. Введение в водородную энергетику. Под редакцией В. А. Легасова. М.: Изд-во Энергоатомиздат, 1984. 264 с.

19. Reynolds J. Engines & Enterprise. The Life and Work of Sir Harry Ricardo. Sutton Publishing, United Kingdom, 1999. 241 p.

20. Рикардо Г. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания. М.: Изд-во ГосНТИ Машиностроительной литературы, 1960. 410 с.

21. Kavtaradze R.Z., Natriashvili T.M., Glonti M.G., Wang Yichun, Sakhvadze G. Zh. Local Heat Transfer in the Combustion Chamber of a Hydrogen Diesel // Russian Engineering Research. 2019. Vol. 39. № 10. Р. 831-836.

22. Kavtaradze R.Z. Improving the Ecological Indices of a Hydrogen Diesel Engine with Direct Gaseous Hydrogen Injection // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2016. Vol. 45. № 4. Р. 307-315.

23. Qinghe L., Baigang S. Experiments on the effect of engine speed, load, equivalence ratio, spark timing and coolant temperature on the energy balance of a turbo-charged hydrogen engine // Energy Conversion and Management. 2018. № 162. С.1-12.

24. Qinghe L., Jibin H., Baigang S., Fushui L., Xi W., Chao L., Lingzhi B. Experimental investigation of combustion characteristics and NOx emission of a turbo-charged hydrogen internal combustion engine // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. № 8. С. 184-195.

25. Knop, V., Benkenida, A., Jay, S., Colin, O. Modelling of combustion and nitrogen oxide formation in hydrogen-fuelled internal combustion engines within a 3D CFD code // International Journal of Hydrogen Energy. 2008. № 33(19). С. 5083-5097.

26. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. 2-ое издание. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 589 с.

27. AVL FIRE. Users Manual. Version 2019. AVL List GmbH, Graz (Austria).

28. Kavtaradze R.Z., Zelentsov A.A., Krasnov V.V. Local Heat Transfer in Diesel Combustion Chamber Converted to Operate on Natural Gas and Hydrogen // High Temperature. 2018. Vol. 56. №. 6. Р. 900-909.

29. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях-разви-тие научного направления в МГТУ им. Н.Э. Баумана // Сборник тезисов докладов международной научно-технической конференции «Двигатель-2017», посвященной 110-летию специальности «Поршневые двигатели» в МГТУ им. Н. Э. Баумана. Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. С. 84-85.

30. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. 3-е издание. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 515 с.

31. Shudo T. Thermal efficiency analysis in a hydrogen premixed combustion engine // JSAE Review. 2000. № 21(2). С. 177-182.

32. Shudo T., Nabetani S., Nakajima, Y Analysis of the degree of constant volume and cooling loss in a spark ignition engine fuelled with hydrogen // International Journal of Engine Research. 2001. № 2(1). С. 81-92.

33. Shudo T., Hiroyuki S. Applicability of heat transfer equations to hydrogen combustion // JSAE Review. 2002. № 23. С. 303-308.

34. Shudo T. Improving thermal efficiency by reducing cooling losses in hydrogen combustion engines // International Journal of Hydrogen Energy. 200V. №2 32. Р. 42854293.

35. Kavtaradze R., Zelentsov A., Gladyshev S., Kavtaradze Z., Onishchenko D. Heat Insulating Effect of Soot Deposit on Local Transient Heat Transfer in Diesel Engine Combustion Chamber // SAE International Paper, 2012. № 2012-01-121V. 12 p.

36. Pflaum W., Molenhauer K. Wärmeübergang in der Verbrennungskraftmaschinen // Wien, New-York. Springer-Verlag, 19VV. 34V s.

3V. Кавтарадзе Р.З., Зеленцов A.A., Сун Байган С., Ван Ичунь, Жунжун Чэн, Цытянь Чжан. Экспериментальное исследование рабочего процесса поршневого двигателя с впрыскиванием газообразного водорода во впускную систему // Транспорт на альтернативном топливе. 2020. №5 (77). С. 49-61.

3S. Кавтарадзе З.Р., Кавтарадзе Р.З. Aнализ механизмов образования и методов расчета концентрации оксидов азота в поршневых двигателях (часть 1) // Транспорт на альтернативном топливе. 2011. № 5(23). С. 65-V1.

39. Кавтарадзе З.Р., Кавтарадзе Р.З. Aнализ механизмов образования и методов расчета концентрации оксидов азота в поршневых двигателях (часть 2) // Транспорт на альтернативном топливе. 2011. № 6(24). С. 12-19.

40. Favre A. Equations des Gaz Turbulents Compressibles: 1. Formes Generales // J. Mecanique. 1965. Vol. 4. S. 361-390.

41. Merker G., Teichmann R. (Hrsg.) Grundlagen Verbrennungsmotoren. Funktionsweise, Simulation, Messtechnik. V. Auflage. Vieweg+Teubner-Verlag/Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. 2014. 1132 s.

42. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Verbrennung: Physikalisch-Chemische

Grundlagen, Modellierung und Simulation, Experimente, Schadstoffenstehung. 3.Auflage. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag. 2001. 280 s.

43. Hanjalic K., Popovac M., Hadziabdic M. A Robust Near-Wall Elliptic-Relaxation Eddy-Viscosity Turbulence Model for CFD // Int. J. Heat Fluid Flow. 2004. № 25. P. 897-901.

44. Popovac M., Hanjalic K. Compound Wall Treatment for RANS Computation of Complex Turbulent Flow // Proc. 3rd M.I.T. Conference, Boston, USA, 2005. P. 128.

45. Durbin P.A. Near-wall turbulence closure modelling without "damping functions" // Theor. Computer Fluid Dynamics. 1991. № 3. P. 1-13.

46. Tatschl R., Schneider J., Basara D., Brohmer A., Mehring A., Hanjalic. K. Forschritte in der 3D-CFD Berechnung des gas- und wasserseitigen Wärmeübergangs in Motoren. 10. Tagung der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors, 23-25 September, Graz, Austria. 2005. 18 s.

47. Кавтарадзе Р.З. Решение задач конвективного и сложного теплообмена в камере сгорания дизеля с учетом пристеночного турбулентного течения // АН СССР. Теплофизика высоких температур. 1990. Том 28. № 5. С. 969-977.

48. Kavtaradze R.Z. Solution of Problems of convective and complex heat transfer in a Diesel combustion chamber, takng account of near-wall turbulent flow // High Temperature. 1990. Vol. 28. № 5. P. 740-748.

49. Расчет радиационно-конвективного теплообмена в камере сгорания дизеля / Р.З. Кавтарадзе, А.И. Гайворонский, В.А. Федоров, Д.О. Онищенко, А.В. Шибанов // РАН. Теплофизика высоких температур. 2007. Том 45. № 5. С. 741748.

50. Kader B.A. Temperature and Concentration profiles in fully turbulent boundary layers // Int. J. Heat Mass Transfer. 1984. № 24. P. 1541-1544.

51. Han Z., Reitz R.D. A Temperature Wall Function Formulation for Variable-Density Turbulent Flows with Application to Engine Convective Heat Transfer Modeling // Int. J. Heat Mass Transfer. 1995. Vol. 40. P. 613-625.

52. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1947. 210 с.

53. Кавтарадзе Р.З., Ван Ичунь. Локальный теплообмен в теплоизолирующей камере сгорания быстроходного дизеля // Известия РАН. Энергетика. 2001. № 4. С.149-158.

54. Weidenleren A., Kubach H., Pfeil J., Koch T. Einfluss von Brennraumablagerungen auf die Wandwärmeverluste // MTZ. 2019. № 3. S. 76-80.

55. Кавтарадзе Р.З., Сергеев С.С. Новый альтернативный (частично-гомогенный) процесс сгорания как способ снижения концентраций оксидов азота и сажи в продуктах сгорания дизеля // РАН. Теплофизика высоких температур. 2014.Том 52. № 2. С. 294-309.

56. Eichlseder H., Spuller Ch., Heidl R.., Gerbig F., Heller K. Konzepte für die Dieselähnliche Wasserstoffverbrennung // MTZ. 2010. № 1. S. 60-66.

57. Schüers A., Alois A., Fickel H. Ch., Preis M., Artmann R. Der ZwölfzylinderWasserstoffmotor im BMW 750hL // MTZ. 2002. № 2. S. 98-105.

58. Фомин В.М. Водородная энергетика автомобильного транспорта. М.: Изд-во РУДН, 2006. 334 с.

59. Rottengruber H., Wiebicke U., Woschni G., Zeilinger K. Investigation of a Direct Injecting Hydrogen Diesel-Engine, in World Hydrogen Conference XII, Buenos Aires, 1999. Р.1255-1264.

60. Kavtaradze R.Z., Zeilinger R., Zitzler G. Ignition Delay in a Diesel Engine Utilizing Different Fuels // High Temperature. 2005. Vol. 43. № 6. P. 951-960.

61. Kavtaradze, R.Z., Natriashvili, T.M., and Zelentsov, A.A. "Ignition Delay and Emission of the Noxious Substances in Double-Fuel Engines Working on the natural Gas and Syngases, Chapter 15". In Book: Innovative Methods for Improvement of Technical, Economic and Ecological Efficiency of Motor Cars. New York: NOVA-Publishers, 2015. Р. 109-120.

62. Леонтьев А.И., Кавтарадзе Р.З., Онищенко Д.О., Голосов А.С., Панкратов С.А. Повышение эффективности рабочего процесса поршневого двигателя

путем прямого преобразования теплоты выпускных газов в электрическую энергию // РАН. Теплофизика высоких температур. 2016. Том 54. № 1. С. 99-107.

63. Кавтарадзе Р.З., Зеленцов А.А., Кавтарадзе З.Р., Финкельберг Л.А., Никитин Ю.Н. Моделирование локального нестационарного теплообмена в камере сгорания авиационного двигателя // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2010. № 1 (78). С. 20-36.

64. Варшавский И.Л. Применение водорода в тепловых двигателях. В книге: Атомно-водородная энергетика и технология. Вып.3. М.: Изд-во Атомиздат, 1980. С. 129-160.

65. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Изд-во Наукова думка, 1984. 143 с.

66. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топ-лив в двигателях внутреннего сгорания. М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000. 311 с.

67. Марков В.А., Гайворонский А.И., Грехов Л.В., Иващенко Н.А. Работа дизелей на нетрадиционных топливах. М.: Изд-во «Легион - Автодата», 2008. 464 с.

68. Козлов С.И., Фатеев В.Н. Водородная энергетика: современное состояние, проблемы, перспективы/Под ред. Е.П. Велихова. М.: Изд-во Газпром ВНИ-ИГАЗ, 2009. 520 с.

69. White C.M., Steeper R.R., Lutz A.E. The hydrogen-fueled internal combustion engine: a technical review // International Journal of Hydrogen energy. 2006. № 31. P. 1292-1305.

70. Зельдович Я.Б., Франк-Каменецкий Д.А. Теория теплового распространения пламени. В книге: Зельдович Я.Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М.: Изд-во «Наука», 1984. 374 с., С. 226-231.

71. Зельдович Я.Б. Теория предела распространения тихого пламени. В книге: Зельдович Я.Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М.: Изд-во «Наука». 1984. 374 с., С. 232-246.

72. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Изд-во «Наука», 1980. 478 с.

73. Нестационарное распространение пламени. Под ред. Дж. Г. Марк-штейна. М.: Изд-во «Мир», 1968. 438 с.

74. Broekaert S., Demuynck J., De Cuyper Th., Michel De Paepe, Verhelst S. Heat transfer in premixed spark ignition engines part I: Identification of the factors influencing heat transfer. Preprint submitted to Energy, Ghent University, Belgium. February 8, 2016. P.1-29.

75. Семенов Н.Н. Избранные труды. Том 2. Горение и взрыв. М.: Изд-во «Наука», 2004. 704 с.

76. Хорошилов О.А., Пелех М.Т., Бушнев Г.В., Иванов А.В. Пожарная безопасность технологических процессов. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2012. 300 с. Левин А.М. Принципы рационального сжигания газов. Ленинград: Изд-во «Недра», 1977. 247 с.

77. Левин А.М. Принципы рационального сжигания газов. Ленинград: Изд-во «Недра», 1977. 247 с.

78. Приходько К. В., Бастраков А. М., Рязанова Т. Н. Исследование влияния коэффициента избытка воздуха на характеристики горения водородно-воздуш-ных смесей в условиях КС постоянного объема // Известия ВолгГТУ. 2013. №2 12. С. 37-39.

79. Merker G., Schwarz Ch., Stiesch G., Otto F. Verbrennungsmotoren. Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung. 3. Auflage. Teubner-Verlag. Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden, 2006. 410 s.

80. Borrmeister J., Hübner W. Einfluss der Brennraumform auf die HC-Emission und den Verbrennungsablauf // MTZ. 1997. № 6. S. 408-414.

81. Сонг З.Б., Динг Кс. В., Ю Л.Дж., Чен И.З. Распространение и гашение пламени в узких каналах // Физика горения и взрыва. 2006. Том 42, № 3. С. 2736.

82. Spalding D.B. A theory of inflammability limits and flame - quenching // Proc. Roy. Soc. London. 1957. Vol. 240. P. 83-100.

83. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В., Бородачев В.Я., Волынский М.С., Прудников А.Г. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. М.: Изд-во «Машиностроение», 1964. 526 с.

84. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1960. 427 с.

85. MarkovV., Kamaltdinov V., Karpets F. Investigation of the Possible Ways of Improving the Indicators of a Diesel Engine by Feeding It Hydrogen-Air Mixture at the Intake, International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon) // Vladivostok. 2020. P. 1-6.

86. Berry G.D., Pasternak A.D., Rambach G.D., Smith J.R., Schock R.N. Hydrogen as a future transportation fuel // Energy. 1996. Vol. 21. P. 289-303.

87. Sharma S., Ghoshal S.K. Hydrogen the future transportation fuel: From production to applications // Renew. Sustain. Energy Rev. 2015. Vol. 43. P. 1151-1158.

88. Das L.M. Hydrogen engines: A view of the past and a look into the future // Int. J. Hydrogen Energy. 1990. Vol. 15. P. 425-443.

89. Winkler-Goldstein R., Rastetter A. Power to gas: The final breakthrough for the hydrogen economy // Green. 2013. № 3. P. 69-78.

90. Abdalla A.M., Hossaina S., Nisfindy O.B., Azadd A.T., Dawoodb M., Azada A.K. Hydrogen production, storage, transportation and key challenges with applications: A review // Energy Convers. Manag. 2018. Vol. 165. P. 602-627.

91. Hydrogen Scaling Up: A Sustainable Pathway for the Global Energy Transition; Hydrogen Council: Belgium, 2017. 80 s.

92. Oil Market Report; International Energy Agency: Paris, France, 2019. 77 s.

93. Verhelst, S. Recent progress in the use of hydrogen as a fuel for internal combustion engines // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. P. 1071-1085.

94. Ozcanli M., Bas O., Akar M.A., Yildizhan S., Serin H. Recent studies on hydrogen usage in Wankel SI engine // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43. P. 18037-18045.

95. Takagi Y., Mori H., Mihara Y., Kawahara N., Tomita E. Improvement of thermal efficiency and reduction of NOx emissions by burning a controlled jet plume

in high-pressure direct-injection hydrogen engines // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, P. 26114-26122.

96. Kavtaradze R., Chilashvili G., Cheng Rongrong, Chang Citian. Effect of Vortex Motion Charge on Non-Stationary Heat Transfer in the Combustion Chamber of a Hydrogen Diesel // International Scientific Journal Problems of Mechanics. 2020. № 2(79). Р.37-41.

97. Кавтарадзе Р.З., Зеленцов А.А., Сун Байган С., Ван Ичунь, Жунжун Чэн, Цытянь Чжан. Экспериментальное исследование рабочего процесса поршневого двигателя с впрыскиванием газообразного водорода во впускную систему // Транспорт на альтернативном топливе. 2020. № 5 (77). С. 49-61.

98. Кавтарадзе Р.З., Кондратьев А.М., Жунжун Ч., Цытянь Ч., Байган С., Сахвадзе Г.Ж. Локальный теплообмен в камере сгорания водородного двигателя, работающего на обедненной горючей смеси // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. № 1. С. 97-107.

99. Kavtaradze R.Z., Kondratev A.M., Rongrong Ch., Citian Ch., Baigang S., Sakhvadze G. Zh. Local Heat Exchange in the Combustion Chamber of a Hydrogen Engine Running on a Lean Fuel Mixture // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2021. № 1. P. 79-87.

100. Кавтарадзе Р.З., Сахвадзе Г.Ж., Байган Сун (Baigang Sun), Ван Ичунь, (Wang Yichun), Cheng Rongrong, Zhang Citian. Экспериментальное исследование и BD-моделирование рабочего процесса водородного двигателя, работающего на обедненной смеси // Вестник машиностроения. 2021. № 1. С. 28-34.

101. Kavtaradze R.Z., Natriashvili1 T.M., Glonti M.G., Baigang Sun, Yichun Wang, Cheng Rongrong, Chang Citian. Influence of the exhaust gas recirculation on formation of NOx in the hydrogen engine working on the leaked mixture (Experiment and 3D modeling) // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 1100 Art. 012013. 2021. P.1-7.

102. Kavtaradze R.Z., Cheng Rongrong, Chang Citian, Sun Baigan, Wang Yichun, Sakhvadze G. Zh. Experimental Study and 3D Modeling of Working Process of Hydrogen Engine Running on Lean Fuel Mixture // Russian Engineering Research. 2021. № 1. P. 296-301.