Прогнозирование неравновесного образования токсичных веществ при горении в ДВС с искровым зажиганием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, доктор технических наук Чесноков, Сергей Александрович

• Чесноков, Сергей Александрович
• доктор технических наук
• 2006

Оглавление диссертации доктор технических наук Чесноков, Сергей Александрович

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор литературных данных

1.1. Химическая кинетика горения

1.1.1. Горение водорода.

1.1.2. Горение легких углеводородов.

1.1.3. Горение тяжелых углеводородов.

1.1.4. Образование оксида азота.

1.1.5. Анализ литературных данных.

1.2.Уравнения гидромеханики сплошных гомогенных и гетерогенных сред.

1.2.1. Уравнения сохранения для составляющих. Приближения для гомогенных и гетерогенных смесей.

1.2.2. Межфазный обмен импульсом и энергией в смеси.

1.2.3. Система уравнений для смеси вязких сжимаемых фаз с общим давлением.

1.2.4. Итоговые"уравнения для изучаемых смесей.

1.3. Горение и турбулентные потоки

1.3.1. Эмпирические модели турбулентного горения.

1.3.2. Полуэмпирические модели турбулентного горения.

1.3.3. Плоская затопленная турбулентная струя.

1.4. Выводы по главе.

Глава 2. Некоторые случаи образования горючей смеси в ДВС с искровым зажиганием

2.1. Непосредственный впрыск в цилиндр двигателя GDI "Mitsubishi".

2.2. Центральный впрыск или карбюратор в двигателе типа ВАЗ

2.2.1. Моделирование одномерных двухфазных течений в четырех-канальном впускном коллекторе.

2.2.2. Моделирование течения пленки топлива в канале коллектора в холодный пусковой период.

2.2.3. Моделирование полей скорости и коэффициента избытка воздуха в горячем двигателе.

Глава 3. Химическая кинетика горения в ДВС. Предварительное тестирование и оценки

3.1. Подготовка исходных данных.

3.2. Тестирование кинетического механизма горения метана

Басевича В.Я.

3.3. Тестирование кинетики оксида азота.

3.4. Уравновешивание общего кинетического механизма.

3.5. Тестирование кинетического механизма горения н-октана.

3.6. Выводы по главе.

Глава 4. Нульмерная химическая кинетика горения

4.1. Тестирование нульмерной кинетики горения

4.2. Моделирование локальной кинетики реакций в ДВС.

4.2.1. Рабочий режим двигателя ВАЗ

4.2.2. Режим холодного холостого хода двигателя ВАЗ-21011.

4.2.3. Второй впрыск двигателя GDI Mitsubishi.

4.3. Сокращение общего механизма кинетики реакций при догорании.

4.4. Выводы по главе.

Глава 5. Одномерная химическая кинетика горения и ее применение

5.1. Кинетическая модель ламинарного горения.

5.2. Движение фронта горения в неоднородном поле горючей смеси.

5.3. Выводы по главе.

Глава 6. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании и расширении в ДВС. Общая постановка и решение тестовой (двухмерной) задачи

6.1. Общее описание процесса.

6.2. Исходные данные для решения задачи ХТТ.

6.2.1. Ламинарные характеристики переноса.

6.2.2. Турбулентные характеристики переноса.

6.3. Исходные поля для решения задачи ХТТ.

6.3.1. Применение программы GAS-2 для расчета полей скорости в цилиндре ДВС.

6.3.2. Аппроксимация полей скорости продуктов сгорания.

6.3.3. Применение к-емодели турбулентности для определения полей коэффициента турбулентного обмена.

6.3.4. Поле коэффициента избытка воздуха в бензовоздушной смеси.

6.4. Реакции догорания компонентов при турбулентных пульсациях температуры в ДВС.

6.5. Задача химического турбулентного тепломассообмена

6.5.1. Общая постановка задачи.

6.5.2. Общий вид уравнений ХТТ.

6.5.3. Граничные и начальные условия задачи ХТТ.

6.5.4. Допущения задачи химического турбулентного тепломассообмена.

6.5.5. Развернутое математическое описание задачи ХТТ.

6.6. Тестирование двухмерных задач химического турбулентного тепломассообмена.

6.6.1. Задача турбулентности.

6.6.2. Задача химического турбулентного тепломассообмена

6.6.2.1. Влияние параметров турбулентности.

6.6.2.2. Влияние химических реакций догорания.

6.6.2.3. Влияние турбулентных пульсаций температур на химическую кинетику догорания.

6.7. Выводы по главе.

Глава 7. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании и расширении в Д6С. Трехмерные задачи и анализ

7.1. Описание алгоритма решения задачи химического турбулентного тепломассообмена.

7.1.1. Конечно-разностное описание задачи.

7.1.2. Блок-схема решения задачи для двигателя ВАЗ-21011.

7.2. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании, расширении и выхлопе продуктов сгорания двигателя "Mitsubishi"

7.2.1. Тепломассобмен при догорании и расширении.

7.2.2. Тепломассообмен при выхлопе и выпуске продуктов сгорания.

7.2.3. Результаты и их анализ.

7.3. Химический турбулентный тепломассообмен при догорании, расширении и выхлопе продуктов сгорания двигателя ВАЗ-21011.

7.3.1. Рабочий режим двигателя ВАЗ-21011.

7.3.2. Горячий холостой режим двигателя ВАЗ-21011.

7.4. Выводы по главе.

Глава 8. Измерения в двигателях внутреннего сгорания.

8.1. Измерение давлений и расходов.

8.2. Введение в спектрометрию ДВС

8.2.1. Излучение пламен.

8.2.2. Используемые спектральные приборы и их основные характеристики.

8.3. Видимый спектр горения

8.3.1. Монохроматр УМ-2.

8.3.2. Спектрограф ИСП-51. Модернизация, градуировка и тестирование (пламя С2Н2+02).2£

8.3.3. Спектрограф ИСП-73. Цветовая температура пламени в ДВС.

8.4. Ультрафиолетовый спектр горения

8.4.1. Спектрограф ИСГТ-30. Модернизация, градуировка и тестирование (пламя С2Н2+02).

8.4.2. Горение в двигателе внутреннего сгорания.!.

8.5. Результаты спектрометрии и их применение.

8.5.1. Изучение эффектов разноцилиндровости.

8.5.2. Диагностика и регулирование ДВС.

8.6. Выводы по главе.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование неравновесного образования токсичных веществ при горении в ДВС с искровым зажиганием»

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) играют существенную роль в загрязнении окружающей среды. Отработавшие газы (ОГ) этих двигателей представляют собой сложную многокомпонентную смесь газов, паров, капель жидкостей и дисперсных твердых частиц. Объемное содержание токсичных веществ в ОГ сравнительно невелико и составляет 0,2 - 2 %. При этом около 90 % от общей массы токсичных компонентов ОГ приходится на долю пяти основных веществ: оксидов углерода СО и азота NOx, несгоревших углеводородов СНХ, альдегидов RCHO, диоксида серы SO2. Нормируемыми токсичными копонентами ОГ в соответствии с современными нормативными документами (EURO-1, ., EURO-4) являются СО, NOx, СНХ и твердые частицы (для дизелей). Нормирование выбросов оксидов серы осуществляется косвенно, через ограничение содержания серы в топливе. Наибольшее содержание альдегидов в ОГ отмечается при работе непрогретого двигателя на режимах пуска и холостого хода, их содержание в ОГ, как правило, не нормируется, поскольку составляет сравнительно небольшую часть в общей массе токсичных веществ. Эти оценки, а также последующие, взяты из наиболее весомых монографий последнего десятилетия Маркова В.А. и др., Иващенко Н.А. и др., Звонова В.А., Горбунова В.В. и Патрахальцева Н.Н., Кульчицкого А.Р., Морозова К.А. [201-206].

Концентрация монооксида углерода СО в ОГ двигателя внутреннего сгорания может достигать значительных величин. Так на режимах холодного холостого хода при значительном избытке топлива объемная доля СО в ОГ достигает 6-12 %. Монооксид углерода СО окисляется в атмосфере до нетоксичного диоксида углерода С02 в течение 2-40 месяцев. Из оксидов азота, содержащихся в ОГ, 99 % объема приходится на монооксид NO. В атмосфере он окисляется до менее токсичного N02 в течение 1-100 часов в зависимости от условий окисления.

В промышленных городах России доля автомобильных выбросов токсичных веществ достигает 70% от общих выбросов, а в Москве - почти 90%. Автотранспортный комплекс России ежегодно наносит ущерб экологии страны на 3,4 млрд. долларов (около 1,5% от ВВП). Токсичность выхлопа ДВС прямым образом определяет низкое качество автомобилей, которые не выдерживают конкуренции с зарубежными автомобилями даже на внутреннем рынке России. По признанию Костина И.М. и Фасхиева Х.А. "отставание отечественных автомобилей от западных по уровню экологичности и безопасности является катастрофическим" [207].

Следует отметить последовательное ужесточение норм токсичных выбросов в Европе в течение последних десятилетий, причем нормы EURO-4, соответствуют очень низкому содержанию токсичных веществ в ОГ - для легковых автомобилей с расходом топлива ~ 7 л / 100 км предельные объемные доли гсо = 0,11%; гсн = 0,010 %; rN0 = 0,0083 % . Такое содержание токсических веществ в ОГ можно обеспечить лишь при высоком уровне организации горения и рабочего процесса в целом, и, конечно, при наличии нейтрализаторов.

По данным отечественной научной литературы общепринятое математическое описание рабочего процесса и горения в ДВС является нульмерным (термодинамическим) и полуэмпирическим (модель Вибе). Оно предполагает наличие однородных или, в случае многозонных моделей, ступенчато-однородных полей температуры, коэффициента избытка воздуха и, тем самым, концентрации компонентов смеси в камере сгорания (КС). Это накладывает соответствующие требования на работу систем смесеобразования, как карбюраторных, так и инжекторных систем центрального и распределенного впрыска. Такая идеализация процесса суживает диапазон возможностей снижения токсичности ОГ.

Чтобы избежать этого, необходимо использовать более гибкие системы смесеобразования, такие как программируемый (неоднократный) впрыск топлива непосредственно в цилиндр, позволяющий получать в КС наиболее выгодные поля коэффициента избытка воздуха а перед зажиганием. Такие поля должны обеспечивать надежное воспламенение в окрестности свечи малый общий расход топлива (то есть в среднем по объему КС высокие значения аср= 1. .2,5) и низкую токсичность ОГ. Для подбора полей а необходимо использовать более совершенное математическое описание образования этих полей и горения в этих полях.

Известны работы академика РАН В.Е. Алемасова и его учеников A.JI. Абдуллина, А.В. Демина, В.Г. Крюкова, В.И. Наумова, учитывающие тепломассообмен и неравновесие химического состава в неоднородных полях прямоточных камер сгорания; работы Д.Д. Матиевского, П.К. Сеначина, М.Ю. Свердлова, С.В. Пешкова по изучению процессов самовоспламенения топлив в ДВС на основе химической кинетики, а также работы многих других ученых по моделированию горения в ДВС. В то же время, до сих пор в отечественной литературе отсутствуют решения трехмерных уравнений тепломассообмена для процесса горения в ДВС, как для химически реагирующей турбулентной смеси газов в камере сгорания и полости цилиндра изменяющейся сложной геометрии.

В качестве объекта исследования выбраны перспективный двигатель с непосредственным впрыском топлива в цилиндр (Gasoline Direct Injection -GDI) Mitsubishi Galant (1996 г), первые сведения о котором появились в популярных изданиях, например [208], и двигатель ВАЗ-21011, для которого накоплен обширный банк экспериментальных данных.

В связи с изложенным сформулируем следующее.

Целью работы является решение научной проблемы надежного теоретического прогнозирования содержания монооксидов углерода и азота в отработавших газах ДВС с искровым зажиганием на основе уточненного, многомерного математического описания горения в двигателях, полученного при синтезе основных уравнений физико-химических, газодинамических и тепловых процессов, позволяющего разрабатывать эффективные модели, алгоритмы и программы решения соответствующих задач на ЭВМ и применять их для повышения экологической чистоты рабочих процессов в ДВС.

Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач:

- применение известных методов межфазного турбулентного тепломассообмена (МТТ) для описания процессов образования горючей смеси в ДВС;

- создание основ химического турбулентного тепломассообмена (ХТТ), позволяющего описать для условий ДВС неравновесные процессы горения во фронте пламени и догорания за фронтом на основе химической кинетики при турбулентном конвективно-диффузионном перемешивании продуктов сгорания;

- выделение из общего описания ХТТ в ДВС ряда частных задач: газовой динамики, турбулентного переноса и турбулентной кинетики, которые можно решать отдельно, используя потом полученные результаты для моделирования собственно процесса ХТТ при небольших затратах машинного времени;

- создание на основе методов М/ХТТ математических моделей для процессов смесеобразования, горения, догорания и выхлопа в ДВС;

- получение результатов, подтверждающих возможность применения разработанных методов для повышения экологической чистоты рабочих процессов ДВС.

Сразу следует отметить, что решение трехмерной и нестационарной задачи турбулентного тепломассообмена на основе химической кинетики горения углеводородов топлива - в дальнейшем, задачи химического турбулентного тепломассообмена (ХТТ) - требует огромных трудозатрат при разработке программного обеспечения и его отладке. Для программиста "средней руки", к каким относит себя автор, наиболее длительный этап отладки такой программы составляет 5-10 месяцев ежедневного труда. Аналоги решения подобных задач в отечественной литературе не известны. Поэтому в данной работе выполнены лишь первые попытки расчета полей основных параметров процесса - поставлены и решены следующие задачи турбулентного (и химического) тепломассообмена [200]:

1. При впрыске топлива непосредственно в цилиндр или при центральном смесеобразовании (впрыск или карбюратор) с образованием неоднородного поля коэффициента избытка воздуха а в КС перед зажиганием (глава 2).

2. Горения на ламинарных микроучастках фронта пламени ДВС при различных местных значениях а с образованием продуктов сгорания различного состава и разных температур (главы 3-5).

3. Движения турбулентного фронта пламени с экспериментально найденной скоростью горения и скоростью температурного расширения продуктов сгорания, с учетом сжатия поля а в топливной смеси, и результатами в виде изменяющейся геометрии объема продуктов сгорания, скорости оттока продуктов от фронта и изменением давления во времени (глава 5).

4. Догорания продуктов в этом объеме при турбулентном конвективном-диффузионном перемешивании смеси в течение всего процесса горения и расширения вплоть до открытия выпускного клапана (главы 6 и 7).

5. Догорания продуктов после открытия выпускного клапана в предположении идеально перемешанной, полностью однородной смеси с протекающими химическими реакциями в ОГ (глава 7).

Результаты решения каждой из задач используются в качестве исходных данных для следующих. Поскольку решения подобных задач (кроме п. 2) опубликованы в отечественной научной литературе впервые, уровень принятых допущений при их постановке подчинен принципу целесообразности - получить достоверные результаты, которые можно использовать в дальнейшем, и получить их при не слишком больших затратах машинного времени.

Полностью последовательность задач 1 - 5 решена для первого впрыска (в течение такта всасывания) двигателя GDI фирмы Mitsubishi. Для этого варианта впрыска процессы испарения, перемешивания, горения и догорания разделены во времени. Второй впрыск в этом двигателе происходит в конце сжатия и указанные процессы протекают одновременно, что значительно усложняет постановку задачи тепломассообмена. Поэтому для получения хотя бы предварительных результатов эта задача решена упрощенно, в рамках нульмерной кинетики (глава 4).

Для двигателя ВАЗ-21011 цепочка задач 1 - 5 решена для пусковых режимов (холодного и горячего) и для рабочего режима с нагрузкой. Проведены спектральные измерения в видимой и ультрафиолетовой частях спектра [128], позволившие получить цветовую температуру пламени в ДВС и импульсы излучения полос радикалов ОН и СН при горении, результаты обработки которых подтверждают данные расчетов химической кинетики (глава 8). Задача химического турбулентного тепломассообмена (ХТТ), см. п. 4, поставлена с применением k-s модели турбулентности на основе детального кинетического механизма (ДКМ) горения метана Басевича В.Я. [5]. ДКМ горения метана в условиях ДВС дополнен полуэмпирическими реакциями распада н-октана, имитирующего бензин, и реакциями образования оксида азота N0. В итоге, ДКМ, содержащий 266 реакций для 33 частиц, использовался при решении задачи горения в ламинарном фронте пламени (п. 2). Для задачи ХТТ при догорании этот механизм был сокращен автором до 26 обратимых реакций, в которых участвуют 14 частиц.

Необходимо отметить, что использованный ДКМ горения метана является механизмом реакций легких частиц, взаимодействующих при высоких температурах горения топлива [112]. Именно они определяют, в основном, общее выделение тепла и состав продуктов сгорания, в том числе, содержание оксидов углерода СО и азота N0. Низкотемпературные ДКМ распада и окисления тяжелых молекул топлива разработаны в гораздо меньшей степени и полностью не опубликованы. Поэтому изучение кинетики низкотемпературных реакций в холодных пограничных слоях вблизи стенок КС, что позволило бы определить содержание несгоревших углеводородов СНХ, в рамках данной работы не представляется возможным.

Для упрощения задач тепломассобмена при впрыске и горении поля скорости в цилиндре (и КС) определялись предварительно, для химически не реагирующей турбулентной смеси известной температуры и плотности. При этом использовалась программа GAS-2 д.т.н., проф. Дунаева В.А. (кафедра Ракетостроение, ТулГУ). Поля скорости позволили применить к-с модель турбулентности для расчета полей коэффициента турбулентного обмена, которые в свою очередь использовались при моделировании собственно процесса ХТТ (п. 4). Такое разделение задач позволило разработать достаточно компактное программное обеспечение, каждый модуль которого допускает дальнейшее совершенствование и развитие. Максимальная продолжительность решения на ПЭВМ Pentium-4 (1,9 ГГц) собственно задачи ХТТ не превышает 8 часов. Большая часть программ, разработанных на алгоритмическом языке Фортран-95, приведена в приложениях (книга 2).

Альтернативным примером является решение аналогичной задачи в Штутгартском университете, Германия [147], где при совместном решении задач турбулентной газодинамики и горения (причем учитывается только кинетика N0, а состав углеводородов считался равновесным) машинное время достигает 8 недель.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Чесноков, Сергей Александрович

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

В диссертации решена научная проблема теоретического прогнозирования содержания монооксидов углерода и азота в отработавших газах ДВС с искровым зажиганием на основе современного многомерного математического описания, образованного при синтезе основных уравнений химической кинетики горения, механики гетерогенных сред и турбулентного переноса, и названного в диссертации химическим турбулентным тепломассообменом (ХТТ). Автору не известны аналогичные решения и публикации в отечественной литературе.

Химическая кинетика горения применялась в рамках кинетики легких углеводородов, как наиболее разработанной по литературным данным, и оказывающей определяющее влияние на содержание оксидов в продуктах сгорания; низкотемпературная кинетика тяжелых частиц такого влияния не имеет. Механика гомогенных и гетерогенных сред использовалась как для описания горящих смесей, так и для изучения испарения и перемешивания распыленного при впрыске топлива; последний процесс известен как межфазный турбулентный тепломассообмен (МТТ). Описание турбулентных процессов применялось для расчета турбулентных характеристик переноса и оценки влияния турбулентных пульсаций температуры на величину констант скорости химических реакций.

Основные научные и практические результаты, большинство из которых получено в России впервые, состоят в следующем:

1. Численные и экспериментальные исследования, а так же анализ литературных данных по группам процессов смесеобразования, горения, догорания и выхлопа позволили создать для условий ДВС основы (систему допущений и математическое описание) прикладного межфазного / химического турбулентного тепломассообмена для каждой из этих групп в рамках единой методологической системы, заложенной в механике гомогенных и гетерогенных сред Нигматулиным Р.И.

2. Система допущений, принятая для выделения из общего описания ХТТ задач газовой динамики, турбулентного переноса и турбулентной кинетики, себя оправдала. Указанные задачи можно решать отдельно, используя полученные данные для моделирования собственно процесса ХТТ. Такой подход позволил создать эффективные математические модели и программное обеспечение, с помощью которых решение задачи ХТТ требует не более 8 часов машинного времени. Альтернативным можно считать моделирование объединенного процесса ХТТ, проведенное Риглером У. (Германия, Штутгартский ун-т, 1999) при затратах машинного времени около 8 недель.

3. Решены задачи смесеобразования для 1-го впрыска рабочего режима двигателя GDI и различных режимов работы ВАЗ-21011. Получены поля коэффициента избытка воздуха а топливной смеси в камере сгорания (КС) перед зажиганием. Разработан алгоритм расчета движения турбулентного фронта горения в неоднородном поле а с учетом его сжатия продуктами сгорания. Показано, что радиальное расширение горячих газов оказывает преобладающее влияние на скорость движения фронта в начале развитого горения, что позволяет считать геометрию фронта сферической.

4. С использованием основного кинетического механизма (266 реакций для 33 частиц), созданного на базе детального кинетического механизма (ДКМ) Басевича В.Я., решены нульмерные и одномерная (в ламинарном фронте горения) задачи химической кинетики (ХК). Применение метода переменного порядка точности Гира позволило уменьшить время решения задач нульмерной ХК на ПЭВМ в 105 раз, доведя его до нескольких секунд (см. Чесноков С.А. Моделирование высокотемпературных реакций горения. Тула: ТулГУ, 2002). Сравнительно медленная кинетика образования и распада оксида азота в процессе горения смеси (и в начале расширения) определяет неравновесное содержание кислорода и, тем самым, неравновесный процесс выгорания оксида углерода,. замедленный при низких температурах расширения. Состав продуктов сгорания на выходе фронта горения близок к равновесному, за исключением оксида азота N0. Состав смеси при догорании продуктов в течение такта расширения- существенно не равновесный.

Показана возможность создания новых моделей ламинарного горения и рабочего процесса в ДВС на основе химической кинетики горения углеводородов.

Применение нульмерной кинетики для оценки содержания СО и N0 в отработавших газах (ОГ) ДВС допустимо в двух частных случаях. В промежуточном режиме холодного холостого хода ВАЗ-21011 (рШкс= 0,7 МПа), когда горение затягивается во времени (вплоть до выхлопа), можно принять, что перемешивание в цилиндре (и реакции догорания) происходят только при выхлопе. При ступенчато-однородном поле коэффициента избытка воздуха в КС - а = 0,8; 0,6; 0,7 в трех областях цилиндра - остаточные мольные доли CO/CO2/NO в ОГ равны, соответственно, 11/6,6/0,03 %. Для 2-го впрыска рабочего режима (форсированного) двигателя GDI (рмакс= 6 МПа), когда процессы впрыска, испарения, перемешивания и горения протекают в КС практически одновременно, перемешивание заканчивается уже в начале расширения. При типичном распределении по областям КС а = 0,9; 2; 4 остаточные доли CO/O2/NO в ОГ составляют 0/8,0/0,14%.

5. Тестирование двухмерной задачи ХТТ на точность численного решения при сетке 51x51 показало, что уменьшение шага по координатам в 10 раз изменяет содержание основных компонентов в ОГ не более, чем на 5 °/о, а для остальных компонентов- не более, чем на 20 %; уменьшение на порядок шага по времени приводит к погрешностям ~ 1 .2%.

Расчет полей скорости в КС обоих двигателей с помощью программы GAS-2 показал наличие вихревой зоны рядом со струей оттока продуктов сгорания за фронтом горения. Общий вид полей параметров турбулентности, полученных при использовании k-s модели турбулентности, свидетельствует в пользу интенсивной диссипации кинетической энергии турбулентности (КЭТ) в объеме КС, что ведет к сильному снижению уровня КЭТ по мере удаления от фронта горения. Максимальные значения коэффициента турбулентного обмена наблюдаются вблизи вихревой зоны, которая, наряду с фронтом горения, является мощным генератором турбулентности.

Выбор сокращенного ДКМ догорания (52 реакции для 14 частиц) является достаточно обоснованным - расширение схемы за счет неиспользованных реакций углеводородов не приводит к существенному изменению результатов. Изменение констант скоростей отдельных реакций в пределах, указанных различными литературными источниками приводит к отклонениям в остаточном содержании основных, компонентов смеси не более, чем на 25 %.

Увеличение констант скорости химических реакций при турбулентных пульсациях температуры определяет, как показывают расчеты, снижение ее среднего по объему значения на 100. 130 К и повышение содержания оксидов углерода СО и азота NO в ОГ, соответственно, на 18 и 36 %.

6. На основе полученных данных и ДКМ догорания решены трехмерные задачи ХТТ для обоих двигателей при наличии остаточных газов.

Для двигателя GDI методом пробных решений получен оптимальный режим (с низким содержанием СО, NO) при среднеобъемном значении коэффициента избытка воздуха аср = 1,00, изменении а в процессе выгорания неоднородной топливной смеси от 0,90 до 1,06 (Да = 0,16) и применении рециркуляции ОГ в объеме 20 %. Мольное содержание компонентов в ОГ составляет: СО - 0,299 %, NO - 0,252 %, 02 - 0,288 %. Расчеты для однородных полей а = const в КС показали небольшое отличие содержания в ОГ оксидов углерода, азота и кислорода от известных экспериментальных данных при а = 0,8/1,0/1,2 с отклонениями, соответственно: СО 20/-/- %; NO -/10/20 % и 02 -/30/7 % (см. рис. 7.14).

Полные данные по содержанию СО, NO, 02 в ОГ, представленные на диаграммах рис. 7.16, позволяют по известным значениям среднего в объеме КС коэффициента избытка воздуха аср и неоднородности поля Да произвести предварительный прогноз уровня токсичности в ОГ или, наоборот, по заданной токсичности ОГ выбрать необходимые характеристики поля .а перед зажиганием: значения аср и Да. Как следует из рис. 2.7,а,з неоднородность Да можно изменять варьируя продолжительность впрыска твпр.

При использовании разработанных в работе методов показана возможность оптимизации геометрии камеры сгорания с целью уменьшения токсичности выхлопа.

Для двигателя ВАЗ-21011 расчетные значения мольных долей в ОГ (с учетом доли остаточных газов у) соответствуют измеренным (в скобках) промышленным датчиком ИКАФ-057 для одного из цилиндров: в рабочем режиме при у = 0,1 гс0 = 0,37 % (0,30 ± 0,09); rN0 = 0,24 % (0,21 ± 0,05) и в режиме горячего холостого хода при у = 0,24 г со = 0,41% (0,45 ± 0,07). 7. Проведен ряд экспериментов на двигателе ВАЗ-21011, в частности, измерено содержание оксидов углерода СО и азота NO в отработавших газах двигателя промышленными датчиками; разработана методика спектроскопических измерений в ДВС; получены спектры излучения в видимой и ультрафиолетовой областях; измерена цветовая температура горения; произведена регистрация импульсов излучения возбужденных радикалов СН* и ОН* (см. Чесноков С.А. Спектрометрия ДВС. Тула: Тульский гос. ун-т, 2001).

Показано, что при правильной регулировке двигателя средней изношенности импульсы излучения полос радикалов имеют характерный пик горения, продолжительность которого соответствует основанию пика. Предложенный механизм образования пика горения позволяет объяснить особенности его изменения при регулировании опережения зажигания и качества бензо-воздушной смеси. В связи с этим предлагается производить диагностику и регулирование рабочих процессов в цилиндрах ДВС по яркости излучения спектральной полосы радикала ОН* (длины волн 306.330 нм), находящейся в ультрафиолетовой области, где влияние сплошного спектра сажи практически отсутствует. Предложенный метод защищен патентом РФ "Устройство для диагностики качества смеси двигателя внутреннего сгорания" № 2182251 от 10 мая 2002г, который удостоин диплома и бронзовой медали на ежегодном Международном смотр-конкурсе "Лепин" Ассоциации изобретателей и фабрикантов Франции - Париж, 2004.

Таким образом, разработанные на основе методов турбулентного массообмена и химической кинетики, математические модели и программное обеспечение задач смесеобразования, горения, расширения и выхлопа в ДВС с искровым зажиганием, позволяют получить достаточно достоверные расчетные данные по содержанию оксидов углерода и азота в отработавших газах. Подтверждена возможность применения этих методов для повышения экологической чистоты рабочих процессов ДВС.

Полученные результаты могут использоваться:

1 Для оптимизации параметров впрыска, конструктивных особенностей камеры сгорания и двигателя в целом с целью снижения токсичности выхлопа.

2 При расчете и проектировании устройств (фильтров), нейтрализующих оксиды в выпускной магистрали двигателя.

Публикации по решению аналогичных задач в отечественной литературе отсутствуют, поэтому сравнение по эффективности и сложности алгоритмов решения возможно только с иностранными аналогами. Наиболее близкой по целям и задачам является докторская диссертация Удо Риглера [147] "Расчеты горения и образования токсичных веществ в бензиновых ДВС с применением детального кинетического механизма реакций", Институт технического горения Штутгартского университета - Германия, 1999 г., в которой решена трехмерная задача ХТТ и получены поля оксидов N0 и СО в камере сгорания и цилиндре (СНХ не определяется). Совместное решение задачи турбулентной газодинамики и уравнений химического тепломассообмена потребовало значительного объема машинного времени, достигающего нескольких недель и даже месяцев. И это несмотря на то, что в диссертации учитывается только кинетика образования оксида азота, а содержание углеводородов считается квазиравновесным. Удо Риглер не публикует свои программы, но можно ожидать, что они менее громоздкие, чем у автора настоящей работы, так как метод крупных частиц (МКЧ) [91,194-200], который он использует, позволяет создавать более компактные модули. В то же время метод требует большого числа шагов по координатам (~105. 106) и времени (~105), что чрезмерно увеличивает машинное время.

Автор использует не МКЧ, а "классический" метод расщепления шага по времени, внутри же расщепления применяется неявный метод решения (глава 7). Последний имеет второй порядок точности, является абсолютно устойчивым и позволяет эффективно использовать более крупный шаг по времени, чем МКЧ. Экономия машинного времени тем более увеличивается, поскольку внутри каждого основного шага по времени методом Гира решается сложная задача химической кинетики. В процессе решения алгоритм Гира последовательно увеличивает свой шаг почти на десять порядков (от 10"13 до 10"4 с), поэтому выгодно применять этот метод не прерывая его в течение длительного времени, то есть на протяжении достаточно большого основного шага по времени. Для всех разработанных автором программ, большинство которых приведено в приложениях (книга 2), характерна вполне приемлемая продолжительность машинного времени, не превышающая для ПЭВМ Pentium-4 (1,9 ГГц) восьми часов.

Следует отметить дальнейшие пути совершенствования полученных автором решений:

1 Поиск в научной литературе и применение в задачах ХТТ низкотемпературного ДКМ тяжелых частиц, что позволит определить содержание несгоревших углеводородов в холодных пограничных слоях вблизи стенок КС.

2 Применение разработанных алгоритмов для переходных режимов работы ДВС, в которых наблюдается значительное выделение токсичных веществ.

3 Расширение кинетического механизма образования оксида азота при горении.

4 Уточнение граничных условий для k-Е модели турбулентности в ДВС, в первую очередь, на фронте горения.

В своей работе автор использовал основополагающие труды известных теоретиков по термодинамике тепловых двигателей, которые получили широкое признание и содержат несомненно фундаментальные по значимости результаты. Однако "катастрофическое отставание отечественных автомобилей от западных по уровню экологичности и безопасности" (см. стр. 10) требует, по мнению автора, резкого повышения уровня расчетных методик, перехода от нульмерных термодинамических расчетов к постановке и решению трехмерных задач химического турбулентного тепломассообмена на основе синтеза методов гидромеханики многокомпонентных сред, динамики турбулентных потоков и химической кинетики горения. В этой трудной работе большую помощь оказали автору докт. техн. наук, профессора Дунаев В.А., Звонов В.А., Юрманова Н.П., Поляков Е.П., Елагин М.Ю.; канд. техн. наук, профессора Фролов Н.Н., Чуканов К.П.; докт. техн. наук, доцент Агуреев И.Е. и другие коллеги по работе, которым автор приносит искреннюю и глубокую благодарность. И если в далеком 1967 году только отдельные "романтики от горения", к числу которых принадлежал и учитель автора канд. техн. наук, доцент Зеленин Р.А. (работавший на кафедре Ракетные двигатели Тульского политехнического института), пытались сформировать основные механизмы химической кинетики горения, то сейчас для этих сложнейших задач просто пришло время.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Чесноков, Сергей Александрович, 2006 год

1. К вопросу об изучении пламен водорода по излучению промежуточных продуктов реакции / В.К. Баев., Р.Х. Абдуллин, Е.В. Перков и др. // ФГВ.-1995.-№6.-С. 64-73.

2. Николаев Ю. Н. Обобщенная модель кинетики химических реакций в во-дородно-кислородных газовых смесях // ФГВ. 1994. - № 1. - С. 66-72.

3. Шебеко Ю.Н., Корольченко А.Я., Цариченко С.Г. Численное моделирование распространения ДВ в газовом слое с детальным учетом химической кинетики // ФГВ. 1992. - № 5. - С. 128-132.

4. Шебеко Ю.Н., Корольченко А.Я.„ Шамонина В.Г. О взаимосвязи барического показателя нормальной скорости горения газовоздушных смесей и кинетики тримолекулярных реакций во фронте пламени // ФГВ. 1991. -№ 2. - С. 46-49.

5. Басевич В.Я., Веденеев В.И., Арутюнов B.C. Моделирование задержек самовоспламенения метановоздушных смесей в двигателе внутреннего сгорания//ФГВ. 1994.-№ 2. - С. 7-14.

6. Булыгин Ю.И., Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. Математическая модель процесса горения в поршневом двигателе внутреннего сгорания // Изв. вузов. Сев.- Кав. регион. Естеств. науки. 1995. - № 4. - С. 19-21.

7. Ладоши Е.Н., Яценко О.В. Моделирование кинетики горения заряда в поршневом двигателе с учетом процессов переноса // Изв. вузов. Сев. -Кав. регион. Естеств. науки. 2000. - № 2. - С. 44-46.

8. Моделирование самовоспламенения изооктана и н-гептана применительно к условиям ДВС / В.Я. Басевич, А.А. Беляев, В. Брандштетер и др. // ФГВ.- 1994.-№ 6.-С. 15-25.

9. Warantz J. Temperature of combustion of alkenes up to octane. // Proc. 20th symp. (Int.) on Combustion. Pitsburg, Pensylvania. - 1984. - P. 845.

10. Bui-Pham M., Seshadri K. Comparison between experimental measurement and numerical calculations of the structure of heptane-air diffusion flames // Combust. Sci. and Techn. -1991. -V. 79. P. 293.

11. Axellson E.I., Brezinsky K., Dryer F.L. Chemical kinetic modeling of the oxidation of large alkane fuels: n-octane and iso-octane // Proc. 21th Symp. (Int.) on Combustion. Pitsburg, Pensylvania. - 1987. - P. 783.

12. Axellson E.I., Brezinsky К., Dryer F.L. A detailed chemical kinetic reaction mechanism for oxidation of n-octane and iso-octane // Lawrence Livermore National Laboratory. Report UCRL-94449. 1986.

13. Chevalier C., Goyal G., Louessard P. Simulations of auto-ignition chemistry in hydrocarbn-air mixture // Proc. Joint Meeting of the Soviet and Italien Sections of the Combustion Inst. Pisa. 1993. - P. 5-10.

14. Poppe Ch., Sheber M., Griffiths J.F. Modeling of n-heptane auto-ignition and validation of the results // Proc. Joint Meeting of the British and German Sections of the Combustion Inst. Kambridge. 1993. - P. 360.

15. Muller U.S., Petrs N., Linan A. Global kinetic for n-heptane ignition at high pressures // Proc. 24th Symp. (Int.) on Combustion. Pitsburg, Pensylvania. -1992. - P. 777.

16. Basevich V. Ya. Chemical kinetics in the combustion process //Handbook of Heat and Mass Transfer / Ed. by N.P. Cheremisinoff. Houston: Gulf Publ. Co., 1990.-P. 769.

17. Trevino C., Mendez F. Reduced kinetic mechanism for methane ignition // Proc. 24th Symp. (Int.) on combustion. Pitsburg, Pensylvania. - 1988. - P. 1695 .

18. Maas U., Waranz J. Ignition process in carbon monoxidehydrogen oxygen mixture // Proc. 22th Symp.(Int.) on Combustion. - Pitsburg, Pensylvania. -1988. - P. 1695.

19. Карасевич Ю.К. Нейгауз М.Г. Прямые и обратные задачи в химической кинетике / Ред. В.И. Быков. Новосибирск: Наука. 1993. 248 с.

20. Булыгин Ю.И., Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. Элементарные химические процессы в поршневых двигателях внутреннего сгорания: кинетическое описание // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естеств. науки. 1996. - № 1. -С. 44-54.

21. Гордин К.А., Масленников В.М. Об образовании окислов азота в диффузионном пламени Н2-02 // ФГВ. 1979. - № 2. - С. 54-65.

22. Липатников А.Н. Численное моделирование образования окиси азота при турбулентном горении предварительно перемешанной газовой смеси // ФГВ. 1993.-№3,-С. 78-81.

23. Бурико Ю.Я. и Кузнецов Р.В. Образование окислов азота в неравновесном диффузинном турбулентном пламени // ФГВ. 1983. - № 2. - С. 71-81.

24. Фиалков А.Б. и Калинин К.Я. Формирование ионов N0 и NH4+ в низкотемпературной периферийной зоне пламени // ФГВ. 1993. - № 3. - С. 111-115.

25. Когарко С.М. и Басевич В.Я. Теоретическое рассмотрение возможных схем снижения концентрации NO при горении // ФГВ. 1981. - № 5. - С. 3-8.

26. Teodorczyk A., Rychter T.J. Matematical model of nitric oxide formation in an SI piston engine // J. Techn. Phys. 28. - P. 47-65. - 1987.

27. Wray K.L., Teare J.D. Shock Study of the Kineticks of Niric Oxide at High Temperatures // The Journal of Chemical Physics. - 1962. - vol. 36. - N. 10. -P. 2582-2596.

28. Warnatz J. und Maas U. Technische Verbrennung. Heidelberg^ New YorK,-— Berlin: Springer-Verlag, 1993.-341 p.

29. Khan I. M., Greeves G., Wang С. H. Factors Affecting Smoke and Gaseous Emissions from Direct Injection Engines and a Method of Calculation // SAE Paper 730169,1973.-23 p.

30. Blumberg P., Kummer I. T. Prediction of NO Formation in Spark Ignited Engines - an Analysis of Methods of Control // Combustion Science and Technology. - 1971fVol. 4, - P. 73 - 95.

31. Glarborg P., Alzueta M. U., Dam-Johansen K., Miller J. A. Kinetic Modeling of Hydrocarbon/Nitric Oxide Interactions in a Flow Reactor // Combustion and Flame, 115. P. 1-27(1998).

32. Baulch D. L., Cobos C. J., Cox R. A. Summare Table of Evaluated Kinetic Data for Combustion Modeling: Sumplement 1 // Combustion and Flame, 98. -v P. 59-79 (1994).

33. Campbell I. M, Thruch B. Tt'll Trans. Faraday Soc., 64. ^ 1265^1968).- J>

34. Eyzat P., Guibet J. C. A New Look at Nitrogen Oxides Formation in Internal Combustion Engines. SAE Paper 680124,1968. - 17 p.

35. Yetter R.A., Dryer F.L., Rabitz H. A Comprehensive Reaction Mechanism for Carbon Monoxide/Hydrogen/Oxygen Kinetics // Combust. Sci. and Tech. -1991, Vol. 79.-P. 97-128.

36. Brabs T.A. and Brokaw R.S. Shock tube measurements of specific reaction rates in the branched chain CH4-C0-02 system // Fifteenth Symposium (International) on Combustion. P. 893-901 (1974).

37. Математическое моделирование турбулентного горения газов / С.М. Фролов, В.Я. Басевич, В.П. Карпов и др. // НТО ин-та хим. физики РАН им. Н.Н.Семенова, М., 1998. 107 с.

38. Westbrook С.К. and Dryer F.L. Chemikal kinetic modeling of hydrocarbon combustion // Prog. Energy Comb. Sci., 10,1 (1984).

39. Sulzman K.G., Myers B.F., Bartle E.R. // J. Chem. Phys., 42, 3969 (1965).

40. Кондратьев B.H. Константы скорости газофазных реакций / Справочник. М.: Наука, 1971.-351 с.

41. Marchese A., Dryer F.L., Nagagam V. // Combustion and Flame, 116: P. 432-459(1999).

42. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. - 454 с.

43. Газовая динамика / Х.А. Рахматулин, А.Я. Сагомонян, А.И. Бунимович и др. М.: Высшая школа, 1965. - 722 с.

44. Талантов А.В. Горение в потоке. М.: Машиностроение, 1978. - 160 с.

45. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. -М.: Физматлит, 2003. 352 с.

46. Щелкин К.И. О сгорании в турбулентном потоке // ЖТФ. 1943, т. XIII, вып. 9-10.-С. 520-525.

47. Щелкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения. М., Изд. АН СССР, 1963.-256 с.

48. Зельдович Я.Б., Франк-Каменецкий Д.А. Турбулентное и гетерогенное горение. М., Изд-во ММИ, 1947. - 172 с.

49. Щетинков Е.С. Физика горения газов. М.: Наука, 1965. - 740 с.

50. Ильяшенко С.М., Талантов А.В. Теория и расчет прямоточных камер сгорания. М.: Машиностроение, 1964. - 306 с.

51. Талантов А.В. Исследование зависимостей процессов горения в турбулентном потоке однородной смеси // ФГВ. 1969. - №1. - С. 106-113.

52. KarlovitcB., Denniston D., Wells F. Investigation of Turbulent Flames // The Journal of chemical Physics. 1951, vol. 19. - No 5. - P. 541-547.

53. Moss J.B. Simultaneous measurements of concentration and velocity in an open premixed turbulent flame. // Comb. Sci. Technol. 22:115,1979.

54. Williams F.A. Combustion theory. Benjamin / Cummings, Menlo Park, 1984.

55. Borghi R.B. Recent advances in aeronautical science. London, Pergamon, 1984.

56. Poinsot Т., Veynante D., Candel S. Diagrams of premixed turbulent combustion based on direct simulation. // 23rd Symp. (intl.) Comb. The Combustion Institute, Pitsburgh, 1991. - P. 613.

57. Peters N. Laminar flamelet concepts in turbulent combustion // 21st Symp. (intl.) Comb. The Combustion Institute, Pitsburgh, 1987. - P. 1231.

58. Becker H. et al. Investigation of extinction in unsteady flames in turbulent combustion by 2D-LIF of OH radicals and flamelet analysis // 23rd Symp. (intl.) Comb. The Combustion Institute, Pitsburgh, 1991. - P. 817.

59. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. - 904 с.

60. Ломовский В.А. Впрыск топлива в транспортные двигатели с принудительным зажиганием. М.: Машгиз, 1958. - 198 с.

61. Лышевский А.С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. М.: Машгиз, 1963. - 172 с.

62. Будыко Ю.И. и др. Аппаратура впрыска легкого топлива автомобильных двигателей. Л.: Машиностроение, 1982. - 144 с.

63. Раушенбах Б.В. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. -М.: Машиностроение, 1964.-530 с.

64. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распиливания жидкостей. -М.: Химия, 1984. 250 с.

65. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 384 с.

66. Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлив для поршневых двигателей. М., Химия, 1982, - 264 с.

67. Чесноков С.А., Кузьмина И.В., Рыбаков Г.П. Плоская модель смесеобразования при впрыске топлива в цилиндр ДВС с искровым зажиганием // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2002. - Вып. 6. - С. 120127.

68. Чесноков С.А., Рыбаков Г.П. Моделирование смесеобразования в ДВС с непосредственным впрыском // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2003. - Вып. 7. - С. 236-245.

69. Чесноков С.А., Рыбаков Г.П., Рябых А.Н. Модель образования горючей смеси в ДВС с непосредственным впрыском // Труды Всероссийской ежегодной научно-технической конференции Вятского государственного университета. Киров, 2004. С. 131-134.

70. Модели смесеобразования и горения в ДВС с непосредственным впрыском / С.А. Чесноков, Н.Н. Фролов, В.А. Дунаев, И.В. Кузьмина // Двига-телестроение. 2005. - № 1. - С. 3-5.

71. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

72. Круглов М.Г. Термодинамика и газодинамика двухтактных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1963. - 270 с.

73. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания. / Дьяченко Н.Х. и др. Л.: Машиностроение, 1979. - 392 с.

74. Железко Б.Е. Основы теории и динамика автомобильных и тракторных двигателей. Минск: Вышэйшая школа, 1980. - 304 с.

75. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса ДВС: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1997. - 58 с.

76. Куценко А.С. Моделирование рабочих процессов ДВС на ЭВМ. Киев, Наукова думка, 1988. - 104 с.

77. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях: Учебное пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001.-592 с.

78. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания: Справочное пособие / Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Л.: Машиностроение, 1979.-222 с.

79. Рубец ДА Смесеобразование в . автомобильном двигателе прц переменных режимах. М.: Машгиз, 1948. - 149 с.

80. Андреев В.И., Васин С.Н., Горячин Я.В. Распределение смеси в карбюраторном двигателе. М.: Машиностроение, 1966. - 128 с.

81. Морозов К.А., Матюхин JI.M. Системы питания современных бензиновых двигателей. М.: МАДИ, 1988. - 112 с.

82. Бояджиев X., Бешков В. Массоперенос в движущихся пленках жидкости. -М.: Мир, 1988. 136 с.

83. Воронцов Е.Г, Тананайко Ю.М. Теплообмен в жидкостных пленках. Киев: Техшка, 1972. - 196 с.

84. Андреевский А.А. Волновое течение тонких слоев вязкой жидкости // Температурный режим и гидравлика парогенераторов / Под ред. Ганчева В.Г.; Л.: Наука, 1978. - С. 181-230.

85. Волновое течение пленок жидкости / С.В. Алексеенко, В.Е. Накоряков, Б.Г. Покусаев. Новосибирск: Наука, 1992. - 256 с.

86. Рудой С.П. Прикладная нестационарная гидрогазодинамика: Учебное пособие / Уфимский авиац. инст. Уфа, 1988. - 184 с.

87. Кэмпбелл Д.П. Динамика процессов химической технологии: Пер. с англ. М.: ГНТИХМ, 1962. - 351 с.

88. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: Наука, 1982. - 387 с.

89. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Гидрогазодинамика. М.: Энергоатомиздат, 1984.-384 с.

90. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами / Под ред. Стернина Л.Е.; М.: Машиностроение, 1980. - 172 с.

91. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. - 711 с.

92. Чесноков С.А., Елагин М.Ю., Кузьмина И.В. Общая математическая модель процессов МДВС с внешним смесеобразованием и ее применение для оценки эффектов разноцилиндровости. Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2001. - Вып. 5. - С. 103-106.

93. Чесноков С.А., Рыбаков Г.П., Моделирование двухфазных потоков во впускном коллекторе ДВС. Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. -2002. Вып. 6. - С. 165-170.

94. Чесноков С.А., Безгубов А.П. Аналитические решения задачи фазового тепломассообмена в каналах автомобильных радиаторов // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 1998. - Вып. 2. - С. 105-117.

95. Чесноков С.А., Безгубов AJL, Оптимизация теплообменников-охладителей транспортных двигателей. Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 1998. - Вып. 2. - С. 118-124.

96. Чесноков С.А., Безгубов А.П. Изучение процесса сгорания топливовоз-душной смеси в цилиндре ДВС с искровым зажиганием // Энергосбережение 98: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - Тула, 1998. - С. 63.

97. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Аналитические решения задачи фазового тепломассообмена в каналах / ТулГУ. Тула, 1983. - 24 с. - Деп. в ВИНИТИ 22.04.98, № 1231-В98.

98. Чесноков С.А. Моделирование фазовых переходов в каналах охлаждения МДВС // Технический вуз наука, образование и производство в регионе: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Ч. 2. - Тольятти, 2001. - С. 341-347.

99. Чесноков С.А. Тепломассообмен в задачах энергетики и строительной теплофизики: Учебное пособие / ТулГТУ. Тула, 1995. -176 с.

100. Чесноков С.А. Математические модели теплофизики: Учебное пособие / ТулГУ.-Тула, 1997.-160 с.

101. Чесноков С.А. Теплофизика технологических процессов: Учебное пособие / ТулГУ. Тула, 2001.- 104 с.

102. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Моделирование теплофизических процессов: Учебное пособие / ТулГУ. Тула, 2001.-164 с.

103. Краткий справочник по химии / И.Т. Гороновский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф. Некрич. Под ред. Куриленко О.Д. / Киев: Наукова думка, 1965.-835 с.

104. Фристром P.M., Вестенберг А.А. Структура пламени. М.: Металлургия, 1969. - 364 с.

105. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Химия, 1970. - 519 с.

106. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1988.-478 с.

107. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочное издание в 4-х томах / JI.B. Гурвич, И.В. Вейц, В.Д. Медведев и др. Т. 2, М.: Наука, 1979.-439 с.

108. Чесноков С.А. Моделирование высокотемпературных реакций горения. -Тула: Изд-во Тульского гос. ун-та, 2002. 163 с.

109. Чесноков С.А. Сокращенный механизм горения метана в условиях ДВС // Актуальные проблемы управления качеством производства и эксплуатации автотранспортных средств: Труды IX Международной научно-практической конференции. Владимир, 2002. - С. 319-322.

110. Чесноков С.А. Уравновешенная схема химических реакций в ДВС // XXII Российская школа по проблемам науки и технологий: Краткие сообщения. Миасс-Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - С. 49-51.

111. Чесноков С.А. Уравновешенный кинетический механизм горения и расширения в ДВС // Прогресс транспортных средств и систем 2002: Материалы международной научно-практической конференции. Ч. 2. -Волгоград, 2002. - С. 158-162.

112. Чесноков С.А., Соколова С.С. Моделирование высокотемпературных реакций горения и расширения в ДВС // Тезисы докладов XXXIX Международной научно-технической конференции. Поршневые и газотурбинные двигатели. МГТУ-МАМИ. 2002. - С.53-56.

113. Чесноков С.А., Соколова С.С. Тестирование кинетики горения углеводородных топлив // Известия ТулГУ. Материаловедение. 2002. - Вып. 2. -С. 154-155.

114. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947. - 191 с.

115. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение. 1981. - 315 с.

116. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй. М., Физматгиз, 1960. -715 с.

117. Седов Л.И. Механика сплошной среды, т. 1,2. М.: Наука, 1973. - 536 с.

118. Чесноков С.А., Елагин М.Ю. Кинетика образования окиси азота в ДВС // Механика и процессы управления: Труды XXXI-ro Уральского семинара. Миасс - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - С. 224-225.

119. Безденежных А.А. Инженерные методы составления уравнений скоростей реакций и расчета кинетических констант. Л.: Химия, 1973. -255 с.

120. Gear C.W. The automatic integration of ordinary differential equations. Communicatuons of the ACM, 14, 3 (March 1971), p. 176-179.

121. Gear C.W., Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1971.

122. Gear C.W., The automatic integration of stiff ordinary differential equations. Information Processing 68, A.J.H.

123. Арушанян О.Б., Залеткин С.Ф. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений на фортране. М.: Изд-во МГУ, 1990. -335 с.

124. Чесноков С.А. Спектрометрия двигателей внутреннего сгорания. Тула: Тульский гос. ун-т, 2001. - 146 с.

125. Чесноков С.А., Соколова С.С. Моделирование локальной кинетики реакций легких частиц в ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2002. - Вып. 6. - С. 155-165.

126. Чесноков С.А. Химическая кинетика горения углеводородов для модели локального горения в ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2004. - Вып. 8. - С. 88-96.

127. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в ДВС / Учебное пособие. JI.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. - 244 с.

128. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М., Наука, 1967. -415с.

129. Чесноков С.А. Химическая кинетика горения углеводородов для модели ламинарного горения в ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2004. - Вып. 8. - С. 96-103.

130. Чесноков С.А., Кузьмина И.В., Соколова С.С. Струйно-кинетическая модель горения для рабочего процесса в ДВС с искровым зажиганием // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2003. - Вып. 7. - С. 245255.

131. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. М.: Химия, 1977. - 320 с.

132. Чесноков С.А., Кузьмина И.В., Соколова С.С. Моделирование горения неоднородной бензовоздушной смеси в ДВС // XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий: Краткие сообщения. Миасс-Екатеринбург: УрО РАН - ВАК РФ, 2003. - С. 57-59.

133. Чесноков С.А., Кузьмина И.В., Соколова С.С. Моделирование образования токсичных продуктов горения неоднородной бензовоздушной смеси // НАУКА-ПРОИЗВОДСТВО-ТЕХНОЛОГИЯ-ЭКОЛОГИЯ: Всероссийская научно-техническая конференция. Киров, 2003. - С. 97-98.

134. Дунаев В.А., Акименко Т.А. Численное моделирование и визуализация многокомпонентного газового потока // Современные научнотехнические проблемы гражданской авиации: Тезисы докладов международной НТК. М.: МГТУ ГА, 1999. - С. 93 - 94.

135. Иевлев В.М. Турбулентное движение высокотемпературных сплошных сред. М.: Наука, 1975. - 278 с.

136. Баев В.К., Головичев В.И., Третьяков П.К. Горение в сверхзвуковом потоке. Новосибирск: Наука, 1984. - 415 с.

137. Freeman L.M., Korkegi R.H. Projectile Aft-Body Drag Reduction by Combined Boat-Tailing and Base Blowing. AFAPL-TR-75-112, February 1976.

138. Течение газа с подводом тепла вблизи внешней поверхности тела / Обзор БНТИ ЦАГИ. 1971. - № 347.

139. Riegler, U. G.: Berechnung der Verbrennung und der Schadstoffbildung in Ottomotoren unter Verwendung detaillierter Reaktionsmechanismen. Dissertation, Fakultat Energietechnik der Universitat Stuttgart. Deutschland, 1999.

140. Чесноков C.A. Применение k-e модели турбулентности при горении в ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт.-2004.-Вып. 8,-С. 103-110.

141. Лыков А.В. Тепломассообмен / Справочник. М.: Энергия, 1978.-476с.

142. Теория тепломассообмена / С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И. Кофанов и др.: Под ред. Леонтьева А.И. М.: Высшая школа, 1979. - 495 с.

143. Чесноков С.А:, Демидов М.И. Моделирование тепломассообмена и химической кинетики образования окиси азота в ДВС с искровым зажиганием // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт.-2003.-Вып. 7.-С255-265.

144. Чесноков С.А., Кузьмина И.В., Демидов М.И., Рябых А.Н. Химическая кинетика горения в двигателях ВАЗ // Современные тенденции развития автомобилестроения в России: Труды 3-й Всероссийской научно-технической конференции. Тольятти, 2004. - С. 159-165.

145. Чесноков С.А., Демидов М.И. Химический турбулентный тепломассообмен за фронтом пламени в ДВС. Часть 1. Химическая кинетика // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2004. - Вып. 8. -С. 110-124.

146. Галин Н.М., Кириллин П.Л. Тепломассообмен (в ядерной энергетике) / Учебное пособие М.: Энергоатомиздат, 1987. - 376 с.

147. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.: Наука, 1974. - 558 с.

148. Кондратьев В.Н. Определение констант скорости газофазных реакций. -М.: Наука, 1971,- 95 с.

149. Вулис Л.Я., Ярин Л.П. Аэродинамика факела. Л.: Энергия, 1978.-216с.

150. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. -М.:Мир, 1963.-589с.

151. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Турбулентность и горение. М.: Наука, 1986.-288 с.

152. Чесноков С.А., Демидов М.И. Химическая кинетика при турбулентных пульсациях температуры в ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2004. - Вып. 8. - С. 124-131.

153. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. JL: Химия, 1971. -704 с.

154. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Сбойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.-592 с.

155. Прудников А.Г., Волынский М.С., Сагалович В.Н. Процессы смесеобразования в воздушно-реактивных двигателях.-М.:Машиностроение, 1971.-392 с.

156. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1972. - 275 с.

157. Лабораторно-измерительный комплекс для исследования горения в ДВС / С.А. Чесноков, А.А. Должиков, И.В. Кузьмина и др. // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 1999. - Вып. 3. - С. 108-110.

158. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Моделирование волновых процессов в выпускных каналах ДВС // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. -1999. Вып. 3.-С. 93-96.

159. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Волновые процессы в выпускном и впускном трактах ДВС // Течения газов и плазмы в соплах, струях и следах: Тез. докл. XVIII Международного семинара. С.-Пб.:БПУ,2000.-С. 112.

160. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Применение спектроскопии для исследования горения в карбюраторных двигателях // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2000. - Вып. 4. - С. 113-116.

161. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Исследование горения в ДВС методом спектроскопии // Автотранспортный комплекс. Проблемы и перспективы развития: Труды Международной научно-практической конференции. -М.: МГТУ-МАДИ, 2000. С. 87-88.

162. Гейдон А. Спектроскопия пламён. М.: Иностр.лит., 1959. - 382 с.

163. Герцберг Г. Спектры и строение простых свободных радикалов. М.: Мир, 1974.-208 с.

164. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: Наука, 1962.-431 с.

165. Тарасов К.И. Спектральные приборы. -Л.: Машиностроение, 1968.-388 с.

166. Бурриель-Марти Ф. и Рамирес-Муньос X. Фотометрия пламени. М.: Иностр. лит., 1962. - 520 с.

167. Практикум по спектроскопии /Под ред. Л.В.Левшина.-М.:МГУ,1976.-318с.

168. Атлас спектральных линий / С.К. Калинин, А.А. Явнель, А.И. Алексеева и др. М.: Государ, изд-во технико-теоретической лит., 1952. - 69 с.

169. Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Райский С.М. Таблицы спектральных линий. М.: Наука, 1969. - 782 с.

170. Электровакуумные электронные и ионные приборы. Справочник / Под ред. А.С. Ларионова. М.: Энергия, 1970. - 672 с.

171. Температурные измерения. Справочник / Под ред. О.А. Геращенко. -Киев: Наук, думка, 1989. 704 с.

172. Кадышевич А.Е. Измерение температуры пламени. М.: Металлург-издат, 1961.-218 с.

173. Кузьмина И.В. Математическое моделирование и диагностика рабочих процессов многоцилиндровых ДВС с внешним смесеобразованием: Дис. . канд. техн. наук. Тула, 2000.-137 с.

174. Hideo Shoji, Atsushi Saima, Toshifumi Sasao and al. The Behavior of Radi-kal Luminescence Intensity in a Spark Ignition Engine.ISAE Rev.l992,13,№l.

175. Hotger Michael / Einsatzgebiete der Integralen Lichtleit Meptechnik // MTZ : Motortechn. Z. - 1995. - 56, № 5.

176. Mayr, B.;H6tger, M.; Puschmann, H.: Integrale Lichtleit-Meptechnik: Ein neuer Weg zur Untersuchng des Verbrennungprozrsses in Dieselmotoren. In: MTZ 53 (1992) Nr.l.

177. Hotger, M.; Nesse, A.; Mayr, В.: Die Integrale Lichtleit-Meptechnik (ILM), 13. Internationales Wiener Motoren-symposium, Mai 1992.

178. Елагин М.Ю., Кузьмина И.В. Математическая модель и теоретические исследования рабочих процессов многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт 1999. -Вып. 3. - С. 104-107.

179. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Спектроскопия пламени, как средство исследования рабочих процессов ДВС // Автомобильная промышленность. -2001.-№4. -С. 34-36.

180. Чесноков С.А., Кузьмина И.В. Метод локальной ОН-спектрометрии при исследовании многоцилиндровых ДВС с внешним смесеобразованием // Известия ТулГУ. Автомобильный транспорт. 2001. - Вып. 5. - С. 82-86.

181. А. с. 1769282 СССР, МПК Н 01 Т 13/48. Прибор для настройки режима работы ДВС / П.П. Усов, С.Н. Сираж, Я.В. Тимошенко и др. (СССР). Опубл. 15.10.92. Бюл.№ 32.

182. Головачев Ю.П. Численное моделирование течений вязкого газа в ударном слое. М.: Наука, 1996. - 376 с.

183. Рейнольде А.Д. Турбулентные течения в приложениях. М.: Энергия, 1979. - 408 с.

184. Launder В., Spolding D. The numerical computation of turbulent flow // Сотр. Method in appl. Mech. and eng. 1974. - vol. 3. - P. 269-288.

185. Rodi W. A note on empirical constant in the Kolmogorov Prandtl eddy-viscosity expressin // J. of Fluids Engg., Transs. ASME. 1975. - P. 386-389.

186. Моделирование горения и образования токсичных веществ в ДВС с непосредственным впрыском топлива / С.А. Чесноков, Н.Н. Фролов, В.А. Дунаев, И.В. Кузьмина // Двигателестроение . 2005. - № 2. - С. 18-22.

187. Чесноков С.А. Химический турбулентный тепломассообмен в ДВС. -Тула: Тульский гос. ун-т, 2005. 466 с.

188. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 376 с.

189. Иващенко Н.А. Вагнер В.А., Грехов JI.B. Дизельные топливные системы с электронным управлением. Барнаул: Изд-во Алтайского гос. техн. унта, 2000. - 112 с.

190. Звонов В.А. Образование загрязнений в процессах сгорания. Луганск: Изд-во Восточноукраинского гос. ун-та, 1998. - 126 с.

191. Горбунов В.В., Патрахальцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во Российского ун-та дружбы народов, 1998. - 216 с.

192. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. Владимир: Изд-во Владимирского гос. ун-та, 2000. - 256 с.

193. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей. М.: Легион-Автодата, 2000. - 80 с.

194. Костин И.М. и Фасхиев Х.А. Качество главная проблема отечественного автомобилестроения // Автомобиль и техносфера: Труды II Международной научно-практической конференции. - Казань, Казанский гос. техн. ун-т (КАИ), 2001. - С. 27-34.

195. Дмитриевский А., Филонов Д. Непосредственный впрыск: революция на грани тысячелетий // Автомобили.- № 1.- 2001. Илл. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

196. Федеральное агентство по образованию РФ ГОУ ВПО Тульский государственный университет

197. На правах рукописи УДК 621.43

198. ЧЕСНОКОВ Сергей Александрович

199. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ГОРЕНИИ В ДВС С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

200. Специальность 05.04.02 Тепловые двигатели

201. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук1. Книга 21. Тула 20061. СОДЕРЖАНИЕ