Улучшение экологических характеристик водородного дизеля усовершенствованием рабочего процесса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат наук Краснова, Евгения Викторовна

• Краснова, Евгения Викторовна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Краснова, Евгения Викторовна

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ

ВВЕДЕНИЕ 8 ГЛАВА 1. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ВОДОРОДНОГО ДИЗЕЛЯ. ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОЦЕССЕ СГОРАНИЯ И СПОСОБЫ

УМЕНЬШЕНИЯ ИХ ЭМИССИИ

1.1. Актуальность исследования экологических показателей водородного дизеля

1.2. Способы подачи водорода в двигатель внутреннего сгорания

1.3. Экологические показатели водородного двигателя

1.4. Образование оксидов азота в поршневых двигателях

1.5. Краткий обзор методов расчета оксидов азота

1.5.1. Механизмы образования оксидов азота

1.5.2. Методы расчета концентрации Ж)х в камере сгорания поршневого двигателя

1.6. Нормирование токсических компонентов ОГ дизелей

1.7. Способы снижения эмиссии вредных выбросов отработавших газов дизелей

1.7.1. Влияние систем топливоподачи и воздухоснабжения

1.7.2. Влияние закрутки воздуха при впуске

1.7.3. Влияние рециркуляции отработавших газов

1.7.4. Влияние фаз газораспределения

1.7.5. Влияние степени сжатия

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТРЕХМЕРНОГО НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ, ТУРБУЛЕНТНОГО СГОРАНИЯ И ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ВОДОРОДНОГО

ДИЗЕЛЯ

2.1. Фундаментальная система уравнений переноса в цилиндре двигателя

2.2. Модели турбулентности

2.3. Пристеночные функции

2.4. Модель сгорания

2.5. Краткое описание алгоритма SIMPLE

2.6. Численный метод контрольных объемов (МКО) на примере уравнения теплопроводности

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ВЕРИФИКАЦИЯ ЗБ-МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВОДОРОДНОГО ДИЗЕЛЯ. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОРОДНОГО ДИЗЕЛЯ И ЕГО БАЗОВОЙ МОДИФИКАЦИИ

3.1. Технические данные исследуемого дизеля и краткое описание экспериментальной установки

3.2. Разбиение расчетной области на контрольные объемы. Генерация сетки

3.3. Подготовка исходных данных для проведения численного эксперимента

3.4. Верификация математической модели

3.5. Влияние выбранных моделей турбулентности на образование оксидов азота в камере сгорания водородного дизеля

3.6. Сравнение результатов моделирования трехмерных нестационарных процессов в цилиндре водородного дизеля и базового двигателя

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОДОРОДНОГО ДИЗЕЛЯ НА ЭМИССИЮ NOx

4.1. Влияние конструкции форсунки

4.2. Влияние цикловой подачи топлива

4.3. Влияние коэффициента избытка воздуха

4.4. Влияние температуры впускного воздуха

Выводы по главе 4

ОСНОВНЫЕ 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)

£> - диаметр цилиндра мм

Д, - вихревое число -

Н - энтальпия Дж

/ - число цилиндров -

л -у

к - кинетическая энергия турбулентности м /с

т — масса кг

Мк - крутящий момент двигателя Нм

п - частота вращения коленчатого вала мин"1

Ые - эффективная мощность двигателя кВт

р - давление МПа

рг - максимальное давление в цилиндре двигателя МПа

Рвпр — давление впрыскивания топлива МПа

ц - плотность теплового потока Вт/м2

() — количество теплоты Дж

Я - ход поршня мм

/ - температура °С

Т - температура К

и - продольная составляющая скорости м/с

Ус — объем камеры сгорания при положении поршня в ВМТ мм3

Уь ж

а о-в

е

(Р И

X

Р

оа

уг

\по

№х]г

- объем камеры сгорания в поршне мм

- скорость м/с

- коэффициент теплоотдачи

Вт/(м К)

- коэффициент избытка воздуха -

- степень сжатия двигателя -

- скорость диссипации кинетической энергии турбулентности

- угол поворота коленчатого вала

- коэффициент динамической вязкости

- коэффициент теплопроводности

- плотность

о

- постоянная Стефана-Больцмана (со = 5,67-10")

•л

- турбулентная вязкость м/с

- время с

- значение суммарной по объему цилиндра массовой доли оксидов азота за цикл

- мгновенное локальное значение массовой доли оксидов азота для /-го контрольного объема

м2/с3

°ПКВ Нс/м2 Вт/(м'К) кг/м3

Вт/(м2'К4)

Индексы

к - текущие индексы; w - значение параметра на поверхности стенки; оо -значение параметра за пограничным слоем.

Список основных сокращений ВМТ - верхняя мёртвая точка; ДВС - двигатель внутреннего сгорания; КС - камера сгорания;

КО - контрольный объем; НМТ - нижняя мёртвая точка; ПКВ - поворот коленчатого вала.

Остальные обозначения и индексы прояснены в тексте диссертационной работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Улучшение экологических характеристик водородного дизеля усовершенствованием рабочего процесса»

Введение

Актуальность проблемы. На сегодняшний день всё более реальной становится угроза истощения природных запасов жидких углеводородных топлив. Экологические требования ужесточаются. Затраты на моторное топливо, а также на общую эксплуатацию транспортных средств постоянно растут. Среди тепловых двигателей на транспорте и в стационарной энергетике основное место занимают поршневые двигатели в силу наличия высоких эффективных показателей, таких как удельный расход топлива и КПД. В то же время стоит заметить, что поршневые двигатели являются одними из основных загрязнителей окружающей среды. При данных обстоятельствах наиболее надёжным способом решения энергетических и экологических вопросов, относящихся к поршневыми двигателями, является переход на альтернативное топливо. На первом этапе очевиден переход на природный газ, запасы которого достаточно велики, но в дальнейшем прогнозируется переход на водород, запасы которого практически неисчерпаемые. Прогнозируется, что постепенно будет осуществлён и расширен частичный перевод поршневых двигателей на водород с сохранением возможности работы на базовом топливе, а позже и полный перевод.

В настоящее время среди водородных двигателей на транспорте основную долю занимают двигатели с принудительным зажиганием, работающие на газообразном и на жидком водороде. Идея создания водородного дизеля с прямым впрыском в цилиндр газообразного водорода обладает очевидными преимуществами, но до сих пор не реализована на серийных двигателях и мало исследована. Небольшое количество существующих исследовании по данному направлению и носят в основном экспериментальный характер. Доказывая практическую возможность и перспективность такой концепции, они не затрагивают при этом специфику протекания внутрицилиндровых процессов в водородном дизеле, определяющих экологические показатели водородного дизеля. Исключением

являются исследования, проведенные в МГТУ им. Н.Э. Баумана, в Мюнхенском техническом университете, а также на фирме MAN, которые показали, что для обеспечения самовоспламенения газообразного водорода в цилиндре и стабильного протекания последовательных рабочих циклов требуются увеличение степени сжатия и подогрев воздуха при впуске.

В диссертационной работе рассматривается конвертированный на водород дизель с непосредственным впрыскиванием в цилиндр газообразного водорода. Очевидно, отсутствие продуктах сгорания исследуемого водородного дизеля таких компонентов как СН, СО, С02 и твёрдых частиц сажи. Их образование при горении смазочного масла не учитываются. Таким образом, основной экологической проблемой является минимизация концентраций оксидов азота. Решению этой актуальной проблемы и посвящена данная работа.

Цель работы. Целью диссертационной работы является моделирование и сравнительный анализ процессов смесеобразования, сгорания и формирования NOx в водородном дизеле с прямым впрыскиванием газообразного водорода и в его базовом варианте, который работает на традиционном дизельном топливе, определение регулировочных и конструктивных параметров, обеспечивающих улучшение экологических характеристик водородного дизеля.

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

1. Разработка математической модели трехмерных нестационарных процессов переноса и турбулентного горения в цилиндре дизеля, конвертированного на газообразный водород.

2. Верификация расчетных данных по результатам измерения индикаторных диаграмм базового дизеля и водородного аналога.

3. Анализ влияния конструктивных (конструкций форсунок) и регулировочных (коэффициента избытка воздуха, цикловой подачи и продолжительности впрыска водорода, температуры впускного воздуха) параметров на образование NOx в камере сгорания газожидкостного двигателя.

4. Выдача практических рекомендации по снижению эмиссии оксидов азота в водородном дизеле.

Научная новизна работы заключается в том, что

- впервые в трехмерной постановке исследуются нестационарные процессы движения рабочего тела, смесеобразования, сгорания и формирования NOx в водородном дизеле, с непосредственным впрыскиванием в цилиндр газообразного водорода.

- Проведено исследование влияния конструктивных (конструкции форсунок) и регулировочных (коэффициента избытка воздуха, цикловой подачи и продолжительности впрыска водорода, температуры впускного воздуха) параметров на образование оксидов азота стандартного двигателя и его водородной модификации.

Достоверность и обоснованность научных положений определяются

- применением фундаментальных законов и уравнений теплофизики, газо- и гидродинамики и физической химии с соответствующими граничными условиями, современных численных методов реализации математических моделей, результатами верификации математических моделей;

- Современных, хорошо апробированных моделей турбулентности, горения и образования оксидов азота, реализуемых в 3D - CFD коде AVL FIRE (лицензионное соглашение между фирмой AVL и МГТУ им. Н.Э. Баумана).

- применением надежных опытных данных по исследованию рабочего процесса водородного дизеля и базового двигателя на традиционном топливе, полученных в совместных исследованиях МГТУ им. Н.Э. Баумана и Мюнхенским техническим университета, на фирме MAN.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

- создан инструмент, который позволяет прогнозировать экологические характеристики с достаточной точностью, в частности эмиссию оксидов азота в водородном дизеле с непосредственным впрыскиванием газообразного водорода на стадии его проектирования;

- определены значения конструктивных (конструкции форсунок) и регулировочных (коэффициента избытка воздуха, цикловой подачи и продолжительности впрыска водорода, температуры впускного воздуха), обеспечивающих улучшение экологических показателей водородного дизеля.

Автор защищает:

- результаты исследования по влиянию конструктивных (конструкции форсунок) и регулировочных (коэффициента избытка воздуха, цикловой подачи и продолжительности впрыска водорода, температуры впускного воздуха) на концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания водородного дизеля с непосредственным впрыскиванием газообразного водорода.

-экспериментально обоснованные математические модели внутрицилиндровых процессов в водородном дизеле, методы компьютерных реализации этих моделей и результаты численных экспериментов, полученных на основе используемых моделей и методов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на:

- Юбилейной научно-технической конференции «Двигатель-2010», посвященная 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2010).

- XVIII школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях» (Звенигород, 2011).

- На заседаниях кафедры «Поршневые двигатели» (Э2) МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2012, 2013, 2014 гг.

Публикации: основные положения диссертации опубликованы в 5 работах общим объемом 2,41 п.л., из них 3 - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ:

1. Конвертирование двигателя внутреннего сгорания на водородное топливо

/ Е. В. Климова, В. М. Краснов // Двигатель-2010: сборник научных

трудов по материалам Международной конференции, посвященной 180-

летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2010. С. 297-300. (0,19 п.л./0,09 п.л.).

2. Исследование рабочего процесса водородного дизеля [Текст] / Е. В. Климова, В. М. Краснов // Тепловые процессы в технике: ежемес. науч,-техн. и информ.-аналит. Журн. 2011. Т. 3, N 9. С. 417 - 420 . ISSN 2074 - 2649. (0,5 п.л./0,25п.л.).

3. Исследование рабочего процесса водородного дизеля / Е. В. Климова, В. М. Краснов // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях : Тезисы докладов XVIII школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева. М.: Издательский дом МЭИ, 2011. С. 141 - 142. (0,09 п.л./0,04 п.л.).

4. Исследование локального образования оксидов азота в водородном дизеле / Р. В. Кавтарадзе, А. А. Зеленцов, В. М. Краснов, Е. В. Климова // Транспорт на альтернативном топливе: международный науч.-техн. журн. 2013 N 2(32). С. 32 - 40 . ISSN 2073 - 1329. (0,88 п.л./0,22 пл.).

5. Сравнительный анализ процессов теплообмена в камерах сгорания традиционного и водородного дизеля / Р. В. Кавтарадзе, А. А. Зеленцов, В. М. Краснов, Е. В. Климова // Транспорт на альтернативном топливе: международный науч.-техн. журн. 2013 N3(33). С. 31-36. ISSN 2073 - 1329. (0,75 п.л./0,19 пл.).

В работах 1, 2, 3, 4, 5 соискатель настроила математическую модель для расчета образования оксида азота в водородном дизеле, провела серию численных экспериментов по исследованию образованию оксидов азота, обработала полученные данные и проанализировала влияние различных факторов на образование оксидов азота в водородном дизеле.

Объем работы: диссертационная работа содержит 137 страниц основного текста, 56 рисунков, 9 таблиц, состоит из введения, 4-х глав, списка литературы, включающего 113 наименований.

Значительная часть проведенных исследований выполнялась в рамках гранта РФФИ № 09-08-00279а.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, д.т.н., профессору Ревазу Зурабовичу Кавтарадзе за неоценимую помощь и поддержку при написании диссертационной работы, к.т.н., доценту Андрею Александровичу Зеленцову за помощь в освоении необходимых программных продуктов, а также всему коллективу кафедры "Поршневые двигатели" (Э2) МГТУ им. Н.Э. Баумана.

ГЛАВА 1. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ВОДОРОДНОГО ДИЗЕЛЯ.

ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА В ПРОЦЕССЕ СГОРАНИЯ И СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ИХ ЭМИССИИ

1.1. Актуальность исследования экологических показателей водородного дизеля

Во время энергетического кризиса 70-х годов прошлого века впервые были затронуты вопросы ограниченности запасов нефти и связанные с ними перспективы развития поршневых двигателей, как основных потребителей углеводородного топлива. Именно в то время впервые зашла речь о поршневых двигателях, работающих на альтернативных топливах [1, 2].

Очевидно, что именно водород является наиболее перспективным из альтернативных видов топлива [3]. Человечество имеет безграничные запасы элемента номер 1 периодической Таблицы Менделеева. Перевод поршневых двигателей на водород - это верный путь к ликвидации парникового эффекта и решению проблемы загрязнения воздушного бассейна планеты [4, 5].

С каждым годом интерес к исследованиям в области альтернативных топлив только растет. В основном это происходит по двум причинам:

- стремительное сокращение запасов разведанных нефтяных ресурсов в результате активного потребления углеводородов;

- усугубившаяся экологическая обстановка в связи с постоянным увеличением количества используемых поршневых двигателей во всем мире.

Но, несмотря на всю привлекательность применения рассматриваемого топлива, не стоит забывать о его недостатках. Стоит отметить, что, на сегодняшний день, получение водорода является непростой задачей, и требует отдельной проработки [4, 6].

Например, самым простым способом получения водорода является электролиз воды. Результатом такого процесса является смесь водорода и кислорода. Недостаток способа - высокая энергоемкость. Для получения 1 м3

водорода необходимо затратить 4 кВт энергии, когда 1 м3 водорода может отдать лишь 1,8 кВт в топливном элементе. Несмотря на это, электролиз является перспективным направлением [7, 8].

Также существует мнение, что в отработавших газах (ОГ) двигателя, работающего на водороде, присутствует только вода, и такой двигатель абсолютно безвреден с экологической точки зрения. Это не так. Водород действительно является наиболее экологичным из известных видов топлива, но вместе с этим происходит существенное увеличение эмиссии оксидов азота термического происхождения в ОГ. Причиной такого увеличения служит повышение температуры цикла и скорости сгорания.

Водород как моторное топливо отличается от большинства используемых сегодня видов топлив как жидких так и газообразных. Теплофизические особенности разных видов топлив приведены в Таблице 1. [9]. Водород обладает самым высоким значением низшей удельной теплоты сгорания на единицу массы (120 МДж/кг), но при внешнем смесеобразования уступает бензиновоздушной или метановоздушной смеси в теплоте сгорания на единицу объёма. В случае с водородом существует возможность качественно регулировать рабочий процесс во всем диапазоне температур благодаря широким пределам значений температуры воспламенения. Достоинством водорода является его способность гореть в составе гомогенной смеси с воздухом при коэффициенте избытка воздуха Ов = 10, потребляя при этом меньше энергии для воспламенения (Таблица 1). В качестве недостатка водорода стоит отметить его сравнительно высокую температуру самовоспламенения, что осложняет его использование в виде моторного топлива в дизелях. Несмотря на это, высокая температура самовоспламенения препятствует возникновения детонационного сгорания в случае гомогенной смеси. Благодаря высокой скорости ламинарного пламени сгорание водорода можно осуществить за сравнительно короткий промежуток времени с выгодным тепловыделением для увеличения КПД.

Таблица 1.

Характеристики воспламенения топлив

Свойство Бензин (Super plus) Дизельное топливо Метан Водород

Плотность в жидком состоянии, кг/м3, при р = 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 и температуре г = 0 °С - - 0,716 0,090

Молярная масса, кг/кмояь ^98 Sil 90 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, юг воздуха/кг топлива Объёмный % 14,0 14,7 17,2 9,5 34,3 29,5

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

Энергоёмкость. кДж/дм3: в жидком состоянии при р = 1,013 бар; в газообразном состоянии прир - 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; г = 0 °С; а* = 1 3 760 - 3 400 3 190

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

Пределы воспламенения в воздухе при р = 1,013 бар, * = 0 °С: объёмный % интервал си 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. =1,013 бар; 230-450 250 595 585

Таблица 1. (Продолжение)

Свойство Бензин (¡Зирег \iVIVwAiWW о1и§) Емлч«/ Дизельное топливо Метан Водород

Мин. энергия зажигания в воздухе, мДж, при (ь = 1 0,24 0,24 0,29 0,017

Коэффициент диффузии в воздухе, м2/с: при р = 1,013 бар; 1 = 0 °С при р = 100 бар; Т= 1000 К 5-Ю-6 - 16-ю-6 1,9-10"6 61-Ю"6 8,5-10-*

Скорость ламинарного

пламени в воздухе, м/с, при р = 1,013 бар; ¿ = 25 °С; а* = 1 ^0,4 £¡0,42 ~2,3

Октановое число 98 130

(исследовательское)

Метановое число 88 - 100 0

Цетановое число - 52-54 - -

Массовая доля компонентов.

% 85,6 86,1 74,9 0

С 12,2 13,9 25,1 100

Н 2,2 0 0 0

О

Высокие значения локальных температур рабочего тела по всему объему КС создают повышенные тепловые нагрузки на основные детали камеры сгорания и приводят к интенсификации образования оксидов азота. Улучшение экологических показателей двигателя, в частности снижение концентрации оксидов азота, достигается с помощью оптимизации рабочего процесса. При этом уменьшают локальные температуры в цилиндре двигателя.

1.2. Способы подачи водорода в двигатель внутреннего сгорания

В ряде случаев из-за высокой реакционной способности водорода наблюдаются обратные проскоки пламени во впускной трубопровод, преждевременное воспламенение топливных смесей и их жесткое сгорание. Применяя ту или иную модификацию топливоподающей системы двигателя

можно в значительной степени устранить указанные недостатки. На сегодняшний день можно выделить несколько способов подачи водорода в ДВС:

1. применение специального смесителя, предназначенного для работы на природных и пропан-бутановых газах;

2. впрыскивание водорода во впускной трубопровод;

3. подача водорода в зону впускного клапана каждого цилиндра;

4. непосредственное впрыскивание в камеру сгорания под высоким давлением.

Необходимо отметить, что первый и второй способы подачи водорода могут обеспечить стабильную работу двигателя только в совокупности со следующими мероприятиями: добавка воды к топливному заряду, частичная рециркуляция отработавших газов или использование бензина в качестве основного топлива.

При работе двигателя на стехиометрических и богатых смесях удается смягчить, а также предотвратить обратные вспышки с помощью частичной рециркуляции ОГ, которая осуществляется за счет разбавления зарядка инертными компонентами. В современных двигателях внутреннего сгорания степень рециркуляции может достигать 50% и более от топливного заряда, поступающего в двигатель. Это приводит к дополнительным потерям наполнения цилиндра независимо от степени рециркуляции. Добавка бензина или воды, в отличие от рециркуляции ОГ, (в основном впрыскиванием во впускной трубопровод) не влечет за собой ухудшение наполнения цилиндра [10].

Организация впрыскивания водорода непосредственно в камеру сгорания демонстрирует наилучшие результаты [11, 12, 13]. Это полностью исключает обратные вспышки во впускном трубопроводе. При этом значение максимальной мощности даже может быть повышено на 10-15% [10].

Си

Рис 1.1. Зависимость химического коэффициента молекулярного изменения для различных видов топлива и способов смесеобразования: 1,5 -водород, внутренне и внешнее смесеобразование соответственно; 2 - дизельное топливо, внутренне смесеобразование; 3,4 - бензин, внутреннее и внешнее

смесеобразование соответственно.

Непосредственное впрыскивание водорода в камеру сгорания водородного дизеля имеет преимущества как с точки зрения термодинамики процесса так и с точки зрения молекулярного измерения. С термодинамической точки зрения преимущество водородного дизеля по сравнению с водородным двигателем с внешним смесеобразованием заключается в том, что , согласно Рис. 1.1, каждый моль исходного вещества (кислорода) после подачи в цилиндр водорода переходит в 2 моль воды; это приводит к увеличению объема газов в цилиндре двигателя. В случае использования водорода в двигателях с внешним смесеобразованием, согласно Рис. 1.1, 3 моль исходного вещества (2 моль водорода + 1 моль кислорода) в результате реакции переходит в 2 моль воды, что приводит к уменьшению объема газов в цилиндре двигателя.

К недостаткам водородного дизеля можно отнести следующее: подача водорода в цилиндр двигателя осуществляется под давлением, что требует определенных затрат энергии; при использовании жидкого водорода в качестве

моторного топлива дополнительно затрачивается энергия на сжижение водорода.

Все предлагаемые схемы возможного применения водорода в двигателях внутреннего сгорания можно разделить на две группы: как основное топливо и в качестве водородной добавки. В рамках существующих вариантов водород может использоваться как монотопливо либо в составе вторичных энергоносителей.

На сегодняшний день существует множество работ, в которых водород рассматривается как дополнительное топливо, а не единственное. Также стоит отметить, что в большинстве исследований за основу берутся бензиновые прототипы. Это связано с тем, что для современного двигателестроения такой способ улучшения эффективных и экологических показателей является экономически более привлекателен. Во-первых, производство водорода в необходимых для двигателестроения масштабах - серьезная задача, которая вряд ли будет решена в ближайшее время. Во-вторых, организовать оптимальный рабочий процесс с применением водорода в дизеле гораздо сложнее, чем в двигателе с воспламенением от электрической искры. Когда мы имеем дело с бензиновым двигателем, воспламенение происходит благодаря электрической искре, а это значит, что процесс горения может быть осуществлен практически в любых условиях. В-третьих, считается, что чем меньше водорода на борту транспортного средства, тем безопасней.

Применение водорода в дизелях затрудняется, как уже было отмечено, из-за его высокой температуры самовоспламенения. Вследствие этого для организации стабильности процесса воспламенения дизели конвертируют в двигатели с принудительным воспламенением от свечи зажигания или запальной дозы жидкого топлива. В данном случае водород может подаваться в камеру сгорания либо совместно с воздухом, либо путем непосредственного впрыска в цилиндры. Тем не менее, устойчивая работа дизеля на водороде может быть обеспечена лишь в узком диапазоне топливных смесей, который ограничен пропусками воспламенения и детонацией. Увеличение дозы

запального топлива совершенствует антидетонационную стойкость смеси, расширяя при этом границы воспламенения. Благодаря этому нормальная работа водородного дизеля становится возможной при строго определенном минимальном расходе запального топлива. Расход, в свою очередь, определяется составом смеси и режимом работы двигателя.

Стоит подчеркнуть, что в настоящее время практически все исследования рабочего процесса водородного дизеля осуществляются в основном в двух направлениях: двигатели на традиционном топливе с добавками водорода и водородные двигатели с принудительным зажиганием с помощью свечи зажигания.

Инновационность данной работы заключается в том, что водород подается в камеру сгорания двигателя в газообразном состоянии и является единственным топливом, а не добавкой. В качестве базового двигателя был выбран дизель МАИ 24/30, конвертированный на водород с непосредственным впрыскиванием газообразного водорода.

1.3. Экологические показатели водородного двигателя

Загрязнение окружающей среды в значительной степени зависит от работы двигателей внутреннего сгорания. Известно, что в мегаполисах ДВС считаются одним из основных источников вредных веществ, загрязняющих воздушный бассейн планеты. К 1994 году доля автомобильного транспорта в эмиссии вредных выбросов составляла в США 60,6%, в Англии - 33,5%, во Франции - 32% [14]. Токсичные вещества выбросов автотракторных двигателей уменьшают урожайность (до 25%) и понижают качество сельскохозяйственных культур. Особенно это заметно в придорожной зоне крупных автомагистралей. Также это приводит к всевозможным болезням сельскохозяйственных животных [15]. Таким образом, снижение эмиссии вредных выбросов двигателей является одной из основных задач при

конструировании двигателей, сравнимой с улучшением экономических показателей.

Отработавшие газы дизелей - это сложная многокомпонентная смесь, состоящая из паров, газов, твердых частиц и капель жидкостей. Отработавшие газы ДВС состоят примерно из 280 компонентов. В воздушном заряде

содержатся азот N2 и кислород 02 . Продуктами полного сгорания топлива

являются диоксид углерода С02 и водяной пар Н20. Оксиды азота NOx s

которые образуются при высоких температурах из воздуха путем термического синтеза. Также содержатся продукты неполного сгорания топлива: дисперсные

твердые частицы (в основном сажа), углеводороды СНх и монооксид

углерода СО. Стоит отметить наличие альдегидов, продуктов полимеризации и конденсации, а также оксидов серы [14, 16, 17]. Помимо перечисленных продуктов сгорания топлива в ОГ дизелей содержатся продукты сгорания смазочного масла и вещества, которые образуются из присадок к топливу и маслу. В ничтожных количествах (около 1-2% ) отработавшие газы содержат

водород Н2 и инертные газы - аргон Аг и др.

Самыми массовыми составляющими отработавших газов ДВС являются атмосферный азот (74-78%), диоксид углерода, пары воды и избыточный кислород. Большинство режимов эксплуатации демонстрирует их суммарный объем в ОГ порядка 90-95% [18]. Стоит отметить, что среди указанных компонентов только диоксид углерода является слаботоксичным соединением. Объемная концентрация токсичных веществ в ОГ довольно незначительна и составляет около 0,2-2%. При этом примерно 80-95% от общей массы

токсичных веществ ОГ составляют пять основных соединений: NOx г СО,

СНХ, альдегидов RCHO, диоксида серы S02 [19]. В соответствии с современными нормативными документами (EURO 1 - EURO 6) нормируются следующие токсичные компоненты отработавших газов дизелей: NOx^ СО,

и твердые частицы, - а нормирование выбросов оксидов серы осуществляется косвенно, путем ограничения содержания серы в самом топливе. Максимальное увеличение содержания альдегидов в ОГ наблюдается при работе непрогретого двигателя на режимах пуска и холостого хода, которые имеют относительно незначительную часть в общем распределении режимов работы. Вследствие этого содержание альдегидов в ОГ дизелей не нормируют.

При работе двигателя внутреннего сгорания на водородном топливе образование твердых частиц уменьшается приблизительно в тысячу раз по сравнению с его бензиновым аналогом. Таким образом, отсутствие органических кислот, которые образуются в результате сжигания углеводородов, и снижение выбросов твердых частиц в купе увеличивают срок эксплуатации ДВС и сокращают расходы на его ремонт.

В виду отсутствия углерода как компонента топлива состав эмиссии вредных выбросов водородного двигателя имеет существенные отличия по сравнению с традиционным бензиновым вариантом. Однако, в отработавших газах водородного двигателя все же есть незначительное содержание углеводородов: СО и СН. Присутствие данных соединений обусловлено попаданием углеводородных масел для смазки в камеру сгорания и последующим их выгоранием. Из-за более высоких температур сгорания водорода предельная величина эмиссии N0* приблизительно в два раза выше, чем у бензинового аналога.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Краснова, Евгения Викторовна, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Basshuysen R., Schafer F. (Hrsg.) Handbuch Verbrennungsmotor. Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 4. Auflage. Wiesbaden: Vieweg & Sohn Verlag, 2007. 1032 s.

2. Boehman A.L., Le Corre O. Combustion on Syngas in Internal Combustion Engines // Combustion Science and Technology. 2008. N 6 (180). P. 1193-1206.

3. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наук, думка, 1984. 143 с.

4. Фомин В.М. Водородная энергетика. М.: Изд-во РУДН, 2006. 334 с.

5. Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г. Введение в водородную энергетику. М.: Энергоатомиздат, 1984. 264 с.

6. Подгорный А.Н., Варшавский И.Л. Водород - топливо будущего. Киев: Наук, думка, 1978. 136 с.

7. Duzynski A. (Edit.). Gas engines // Proc. Of the VI International Scientific Conf. Czestochova. 2003. 751 p.

8. Eichlseder H., Klell M. Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik. Erzeugung, Speicherung, Anwendung. Wiesbaden: Vieweg - Teubner Verlag, 2008, 288 s.

9. Марков B.A., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 375 с.

10. Karim G. A., Klat S. R. Hydrogen as a fuel in ICE. Mechanical Engineering, 1976, N4, pp. 34-39.

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

12. Frolov S.M., Scripnik A.A., Kavtaradze R.Z. Modeling of Diesel Spray Ignition // Semenov Memorial. Combustion and Atmospheric Pollution. Moscow: Torus Press Ltd., 2003. P. 220-227.

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

14. Лиханов B.A., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Колос, 1994. 224 с.

15. Шегалов И.Л. Экологическая роль транспортных двигателей // Двигателестроение. 1986. №8. С. 56-60.

16. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. 160 с.

17. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. Владимир: Изд-во Владимирского государственного университета, 2000. 256 с.

18. Wasserstoff-Dieselmotor mit Direkteinspritzung, hoher Leistungsdiechte und geringer Abgasemission. Teil 3: Versuche und Berechnungen am Motor / H. Rottengruber, U. Wiebicke, G. Woschni, K. Zeilinger // MTZ. 2000. N2. S. 122-128.

19. Смайлис В.И. Проблемы снижения токсичности и дымности отработавших газов дизелей // Двигателестроение. 1979. № 1. С. 19-21.

20. Чертков Я.Б., Моторные топлива. Новосибирск: Наука, 1987. 208 с.

21. Марков В.А., Козлов С.И. Топлива и топливоподача многотопливных и газодизельных двигателей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 296 с.

22. Малов Р.В. Рабочие процессы и экологические качества ДВС // Автомобильная промышленность. 1992. № 9. С. 10-15.

23. Семенов Б.Н., Смайлис В.И., Быков В.Ю. и др. Возможности сокращения выброса окислов азота с отработавшими газами быстроходного форсированного дизеля при сохранении высокой топливной экономичности // Двигателестроение. 1986. № 9. С.3-6.

24. Алексеев В.П., Воронин В.Ф., Грехов JI.B. и др. Под ред. Орлина A.C., Круглова М.Г. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.

25. Смайлис В.И. Современное состояние и новые проблемы экологии дизелестроения //Двигателестроение. 1991. № 1. С. 3-6.

26. Жеганин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. 120 с.

27. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Черных В.И. и др. Экологические аспекты применения моторных топлив на транспорте // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. М.: Изд-во ТУ МАМИ, 1998. Вып. 14. С. 150-160.

28. Луканин В.Н., Камфер Г.М. Тепловой двигатель как источник «энтропийного» загрязнения // Двигатели внутреннего сгорания: проблемы, перспективы развития. М.: Изд-во ТУ МАДИ, 2000. С. 51-67.

29. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение: Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. М.: Физматлит, 2006. 352 с.

30. Jorach R.W. Niedrige Stickoxidemission bei hoher Leistungsdichte durch Wasserstoff-Bernnverfahren mit früher innerer Gemischbildung // MTZ. 1997. N4. S. 200-206.

31. Кавтарадзе Р.З., Кавтарадзе З.Р. Анализ механизмов и методов расчета концентрации оксидов азота в поршневых двигателях (часть 1). Транспорт на альтернативном топливе. № 5, 2011. С.65-71.

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

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

34. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Козлов A.B. и др. О методике комплексной оценки уровня экологической безопасности автомобиля в жизненном цикле // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвуз. сб. М.: Изд-во ТУ МАМИ, 1999. Вып. 15. С. 88-96.

35. Горбунов В.В., Патрахальцев H.H. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 1998. 216 с.

36. Серковская Г.С. О канцерогенности нефти и нефтепродуктов // Химия и технология топлив и масел. 1996. № 1. С. 39-45.

37. Lepperhoff G, Schommers J. Einfluss des Schmieröls auf die PAN-Emissionen von Verbrennungsmotoren // MTZ/ 1986. Jg. 47. N 9. S. 367-371.

38. Чернецов Д.А., Капустин В.П. Анализ процесса образования токсичных компонентов в камере сгорания дизельных двигателей // Вопросы современной науки и практики. 2011. № 1. С. 54-58.

39. Кульчицкий А.Р. К вопросу о расчетном определении эмиссии частиц с отработавшими газами дизелей //Двигателестроение. 2000. № 1. С. 31-38.

40. Favre A. Equations des Gaz Turbulents Compressibles: 1. Formes Generales. J. Mecanique, v. 4, 1965. pp. 361 - 390.

41. Blazek J. Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications. Elsevier Science Ltd., The Boulevard, Langford Line Kidlington, Oxford 0X5 1GB, UK, 2001.440 р.

42. Метод расчета локальных концентраций оксидов азота в поршневых двигателях с внутренним смесеобразованием на основе многозонной модели / Н.А. Иващенко, Р.З. Кавтарадзе, А.С. Голосов, З.Р. Кавтарадзе, А.А. Скрипник // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2004. № 1.С. 43-59.

43. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой жидкости при очень больших числах Рейнольдса. Докл. АН СССР, Т. 30, №4, 1942. С. 299-303.

44. Jones W.P., Launder В.Е. The Prediction of Laminarization with a Two-Equation Model of Turbulence // Int. J. Heat and Mass Transfer, №15, 1972. pp. 301-314.

45. Launder B.E., Sharma B.I. Application of the Energy Dissipation Model of Turbulence to the Calculation of Flow Near a Spinning Disc // Letters in Heat and Mass Transfer, №1, 1974. pp. 131 - 138.

46. Cebeci Т., Shao J.P., Kafyeke F., Laurendeau E. Computational Fluid Dynamics for Engineers. Horizons Pub., Long Beach, Calif. And Springer, Heidelberg, 2005.396 р.

47. Chien K.-Y. Predictions of Channel and Boundary-Layer Flows with a Low-Reynolds-Number Turbulence Model // AIAA Journal, №20, 1982. pp. 33 -38.

48. Иевлев B.M. Турбулентное движение высокотемпературных сплошных сред. М.: Наука, 1975. 278 с.

49. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. В 2 т. М.: Мир. Т. 1, 1990. Т. 2, 1990.

50. Nagano Y., Tagawa М. Улучшенная (к, е) - модель течения в пограничном слое. Современное машиностроение, Сер. А., №7, 1990. С. 9 - 16.

51. Nagano Y., Hishida М. Improved Form of the k-e Model for Wall Turbulent Shear Flows // ASME J. Fluid Engineering, vol. 109, 1987. pp. 156 - 160.

52. Hanjalic K., Popovac M., Hadziabdic M. A Robust near-wall elliptic-relaxation eddy-viscosity turbulence model for CFD // Int. J. Heat Fluid Flow, №25, 2004. pp. 897-901.

53. Kavtaradze R.Z., Zeilinger R., Zitzler G. Ignition Delay in a Diesel Engine Utilizing Different Fuels // High Temperature. 2005. Vol. 43. N 6. P. 951-960.

54. Вошни Г., Цайлингер К., Кавтарадзе Р.З., Вихревое движение воздуха в быстроходном дизеле с четырьмя клапанами на цилиндр // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 1997. № 1. С. 74-84.

55. Kavtaradze R.Z., Woschni G., Zeilinger К. Dralluntersuchung im VierventilDieselmotor mit Hilfe stationärer Durchstomung. Abschlusbericht. München: Technische Universität, 1995. 49 s.

56. The influence of rotational charge motion intensity on nitric oxide formation in gas-engine cylinder / R.Z. Kavtaradze, D.O. Onishchenko, A.A. Zelentsov, S.S. Sergeev // Int. J. Heat Mass Transfer. 2009. N 52. P. 4308-4316.

57. Влияние формы камеры на нестационарные процессы переноса и турбулентного сгорания в дизеле, конвертированном в газовый двигатель / А.И. Леонтьев, Р.З. Кавтарадзе, A.B. Шибанов, A.A. Зеленцов, С.С. Сергеев // Изв. РАН Энергетика. 2009. № 2. С. 49-63.

58. Галышев Ю.В. Конвертирование рабочего процесса транспортных ДВС на природный газ и водород: дис. ... д-ра тех. наук. СПб.: СПбГПУ, 2010. 364 с.

59. Кавтарадзе З.Р., Кавтарадзе Р.З. Перспективы применения поршневых двигателей на альтернативных моторных топливах // Транспорт на альтернативном топливе. 4.1. № 6 (12). 2009. С. 59-65; ч. 2. № 1 (13). 2010. С. 74-80.

60. Галышев Ю.В. Расчетный анализ ограничений и перспективных решений при создании водородных двигателей // Изв. РАН. Энергетика. 2006. №5. С. 165-171.

61. Кавтарадзе Р.З., Цайлингер К., Цитцлер Г. Задержка воспламенения в дизеле при использовании различных топлив // РАН. Теплофизика высоких температур. 2005. Т. 43. № 6. С. 947-965.

62. Кавтарадзе Р.З. Теплофизические процессы в дизелях, конвертированных на природный газ и водород. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 238, [2] с. : ил. ISBN 978-5-7038-3482-4.

63. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 720 с.

64. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.

65. Патанкар С. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах: Пер. с англ. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 311 с.

66. Byun D., Baek S.W. Numerical investigation of combustion with non-gray thermal radiation and soot formation effect in a liquid rocket engine. Int. J. Heat and Mass Transfer, №50, 2007. pp. 412 - 422.

67. Кавтарадзе Р.З., Онищенко Д.О., Зеленцов A.A. Трехмерное моделирование нестационарных тепло физических процессов в поршневых двигателях. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, 85 с.

68. Марков В.А., Кислов В.Г., Хватов В.А. Характеристики топливоподачи транспортных дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 160 с.

69. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды: Пер. с польского Бобковой Т.А. М.: Транспорт, 1979. 198 с.

70. Моделирование локального нестационарного теплообмена в камере сгорания и теплонапряженного состояния поршня авиационного двигателя / Р.З. Кавтарадзе, A.A. Зеленцов, З.Р. Кавтарадзе, Ю.Н. Никитин, JI.A. Финкельберг // Изв. РАН. Энергетика. 2010. № 2. С. 133-151.

71. FIRE. Users Manual Version 8.5. AVL List GmbH Graz, Austria, 2007. (Лицензионное соглашение DKNR: BMSTU 101107 между МГТУ им. Н.Э. Баумана и «АПС Консалтинг»).

72. Фрик П.Г. Турбулентность: подходы и модели. Москва. Ижевск: Изд-во института компьютерных исследований, 2003. 292 с.

73. Correa С. Combustion Simulations in Diesel Engines Using Reduced Reaction Mechanisms: Diss., Rupertus Carola University, Heidelberg, 2000. 105 p.

74. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, Inc., 5354 Palm Drive, La Canada, Calif., 1998. 460 p.

75. Управление обтеканием тел с вихревыми ячейками в приложении к летательным аппаратам интегральной компоновки (численное и физическое моделирование) / Под ред. A.B. Ермишина и С.А. Исаева. М.: СПб., 2001. 360 с.

76. Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. Спб.: Балт. ГТУ «Военмех», 2001. 108 с.

77. Chou P.Y. On Velocity Correlations and the Solutions of the Equations of Turbulent Fluctuations // Quart, of Appl. Math., №3, 1945. pp. 38 - 54.

78. Launder B.E., Spalding D. The Numerical Computation of Turbulent Flows. Comput. Methods Appl. Mech. Eng., №3, 1974. pp. 269 - 289.

79. Lam C.K.G., Bremhorst K.A. Modified Form of k-e Model for Predicting Wall Turbulence // ASME, J. of Fluid Engineering, №103, 1981. pp. 456-460.

80. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: в 2 т. М.: Мир, 1990. Т. 1, 384 е.; Т. 2, 392 с.

81. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях. 2-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 472 с.

82. Nagano Y., Hishida М. Усовершенствованная (k,s) - модель для пристеночных турбулентных течений. Теоретические основы инженерных расчетов, №1, 1988. - С. 252.

83. Yakhot V, Orszag S.A., Thangam S., Gatski T.B., Speziale C.G. Development of Turbulence Models for Shear Flows by a Double Expansion Technique // Phys. Fluids A, Vol. 4, No. 7, 1992. pp. 1510 - 1520.

84. Yakhot V., Orszag S.A. Renormalization group analysis of turbulence: 1. Basic theory // J. Scientific Computing. Vol.1, №1, 1986. pp. 1 - 49.

85. Renner Ch., Peinke J. Yakhot's Model of Strong Turbulence: A Generalization of Scaling Models of Turbulence. / Fachbereich Physik, Universität Oldenburg, 2008. pp. 1-8.

86. Tatsehl R., Basara В., Schneider J., Hanjalic K., Popovac M., Brohmer A., Mehring J. Advanced Turbulent Heat Transfer Modeling for IC-Engine Applications Using AVL FIRE. International Multidimensional Engine Modeling User's Group Meeting, Detroit, MI, 2006. pp. 1-10.

87. Vogel Ch. Wasserstoff-Dieselmotor mit Dierekteinspritzung, hoher Leistungsdichte und geringer Abgasemision. Teil 1: Konzept // MTZ. N 10. 1999. S. 704-708.

88. Popovac M., Hanjalic K. Compound Wall Treatment for RANS Computation of Complex Turbulent Flow // Proc. 3rd M.I.T. Conference, Boston, USA, 2005. P. 1-28.

89. Durbin P.A. Near-wall turbulence closure modeling without "damping functions" // Theoretical and Computational Fluid Dynamics, №3 (1), 1991. pp. 1 - 13.

90. Tatsehl 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.

91. Lieuwen Т., Yang V., Yetter R. Synthesis Gas Combustion. Fundamentals and Applications. New York: CRC Press, 2009. 384 p.

92. Petrichenko M.R., Valishvili N.V., Kavtaradze R.Z. Boundary layer in a vortex flow over the stationary plate // Thermophysics and Aeromechanics. 2002. Vol. 9. N 3. P. 391-401.

93. Моделирование воспламенения в струе жидкого топлива / A.A. Скрипник, С.М. Фролов, Р.З. Кавтарадзе, В.В. Эфрос // РАН. Химическая физика. 2004. Т. 23. № 1. С. 54-61.

94. Magnussen В.F., Hjertager В.Н. On mathematical models of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion // 16th Int. Symp. on Combustion. Cambrige, 1976. P. 719-729.

95. Zitzler G. Analyse und Vorausberechnung der Brennverlaufe von Gasmotoren bei Einsatz versch ied ener Gasarten: Dissertation, TU. München, 2003. 182 s.

96. Исследование рабочего процесса водородного дизеля [Текст] / Е. В. Климова, В. М. Краснов // Тепловые процессы в технике: ежемес. науч.-техн. и информ.-аналит. Журн. 2011 Т. 3, N 9. С. 417 - 420 . ISSN 2074 - 2649.

97. Исследование рабочего процесса водородного дизеля / Е. В. Климова, В. М. Краснов // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях : Тезисы докладов XVIII школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева. М.: Издательский дом МЭИ, 2011. С. 141 - 142.

98. Конвертирование двигателя внутреннего сгорания на водородное топливо / Е.В. Климова, В. М. Краснов // Двигатель-2010: сборник научных трудов по материалам Международной конференции, посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2010.

99. FIRE. Users Manual. Version 8.5 AVL List GmbH Graz, Austria, 2009. (Agreement for Use of the Simulation Software AVL FIRE. Piston Engine Department. Moscow State Technical University N. Bauman. AVL List GmbH. 11.03.2010).

100. Исследование локального образования оксидов азота в водородном дизеле / Р. В. Кавтарадзе, А. А. Зеленцов, В. М. Краснов, Е. В. Климова // Транспорт на альтернативном топливе: международный науч.-техн. журн. 2013 N2(32) С. 32-40 . ISSN 2073- 1329.

101. Tatsehl R. 3D-CFD Simulation of Flow, Mixture Formation and Combustion with AVL FIRE // NAFEMS Seminar "Developments in CFD: Reliable Use of CAD-based Software Including Dedicated Codes", Wiesbaden, Germany, 2007. pp. 1-10.

102. Кавтарадзе P.3., Зеленцов A.A. Влияние модели турбулентности и пристеночных функций на локальный теплообмен в камере сгорания быстроходного дизеля. Энергетические установки: тепломассообмен и

135

процессы горения // Материалы I Междунар. науч.-техн. конф. Рыбинск: Изд-во РГАТА им. П.А. Соловьева, 2009. С. 26-31.

103. Сравнительный анализ процессов теплообмена в камерах сгорания традиционного и водородного дизеля / Р. В. Кавтарадзе, А. А. Зеленцов, В. М. Краснов, Е. В. Климова // Транспорт на альтернативном топливе: международный науч.-техн. журн. 2013 N 3(33). С. 31 - 36 . ISSN 2073- 1329.

104. Кавтарадзе Р.З., Онищенко Д.О., Сергеев С.С. Сравнительный анализ трехмерных расчетов рабочего процесса дизеля с моделированием и без моделирования такта наполнения // Материалы V Рос. нац. конф. по теплообмену (РНКТ-5): в 8 т. М.: Изд-во МЭИ, 2010. Т. 3. С. 230-233.

105. Calculation of Radiative-Convective Heat Transfer in the Combustor of Diesel Engine / R.Z. Kavtaradze, A.I. Gaivoronskii, V.A. Fedorov, D.O. Onishchenko, A.V. Shibanov // High Temperature. 2007. Vol. 45. N 5. P. 673-680.

106. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. для вузов. 7-е изд., испр. М.: Дрофа, 2003. - 840 с.

107. Шибанов A.B. Влияние конструктивных и регулировочных факторов на образование вредных веществ в быстроходном дизеле, конвертированном на природный газ: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. М. 2007. 16 с.

108. Онищенко Д.О. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля и снижение тепловых нагрузок на его основные детали: Автореф. дис. ... д-ра тех. наук. М. МГТУ, 2012. 32 с.

109. Зеленцов A.A. Исследование локального теплообмена в камере сгорания дизеля, конвертированного на природный газ: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. М. МГТУ, 2011. 16 с.

110. Шилов И.Г. Обоснование методов конвертации дизелей без наддува и с наддувом на питание природным газом с обеспечением норм по токсичности: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. М. МАДИ, 2009. 16 с.

111. Сергеев С.С. Снижение концентрации оксидов азота и сажи в отработавших газах дизеля путем усовершенствования рабочего процесса: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. М. МГТУ, 2011. 16 с.

112. Антошина Т.С. Повышение экономических и экологических качеств транспортного дизеля при работе на режимах малых нагрузок и холостых ходов: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. М. РУДН, 2014. 16 с.

113. Шевченко Д.В. Метод снижения содержания дисперсных частиц в отработавших газах дизеля: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. М. МАМИ, 2014. 16 с.