9 / 15
Влияние частичной гомогенизации процесса сгорания на экологические показатели дизеля
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 4
121
температурами (
Т
≈ 2400 K), способствующими образованию оксидов азота.
При частичной гомогенизации смеси 311- и (280–411)-процессы впрыскивания
топлива) к этому моменту времени локальные температуры меньше предела
(
Т
< 1800 K), без превышения которого образование термических оксидов азота
практически не происходит. Более того, в случае (280–411)-процесса локальные
температуры достигают это предельное значение позже — при
= 370
о
. При
= 375
о
локальные температуры в случае СТМ-процесса принимают значения
Т
≈ 2700 K и более, в случае 311- и (280–411)-процессов с частичной гомогени-
зацией смеси их значения заметно меньше (
Т
≈ 2400 K и
Т
≈ 2200 K, см. рис. 3).
Отметим, что область высоких температур при частичной гомогенизации смеси
сужается, при этом для (280–411)-процесса она меньше, чем для 311-процесса.
Кроме того, в альтернативных процессах с частично-гомогенным сгоранием высо-
котемпературные зоны расположены в области кромки поршня, а в базовом про-
цессе такие зоны сосредоточены в области дна камеры сгорания. При этом пере-
мещение высокотемпературных зон к области кромки поршня особенно заметно
на стадии диффузионного сгорания, что объясняется интенсификацией турбулент-
ности, в частности повышенными значениями кинетической энергии турбулентно-
сти в этих зонах.
Анализ локальных и суммарных образований оксидов азота и сажи в
камере сгорания.
В зависимости от характеристики впрыскивания топлива,
кроме локальных параметров, прежде всего, локальной кинетической энергии
турбулентности, изменяется и период задержки воспламенения [7, 8],
который
влияет на скорость нарастания давления в начальной фазе сгорания. Это, как
было отмечено ранее, влияет на изменение как осредненных по объему цилин-
дра температур, так и локальных температур в отдельных зонах камеры сгора-
ния, играющих решающую роль в образовании оксидов азота и сажи.
Концентрационные поля оксидов азота в объеме камеры сгорания (рис. 4)
коррелируются с температурными полями рабочего тела (см. рис. 3), что, конечно,
объясняется термическим механизмом образования NO
x
. Заметно значительное
сокращение зон с высокой концентрацией оксидов азота в случае (280–411)-
процесса. В целом в результате анализа динамики изменения локальных темпера-
тур и локальных концентраций оксидов азота выявлено, что увеличение степени
гомогенизации ведет к снижению локальных температур (при примерном сохране-
нии уровня средних по камере сгорания температур). Такое более равномерное
распределение локальных температур по объему цилиндра обусловливает сниже-
ние концентрации оксидов азота, особенно в случае (280–411)-процесса.
Как известно, в классическом дизельном процессе не стоит проблема гомо-
генизации смеси и образование сажи сопутствует гетерогенному процессу сго-
рания [9–11]. Процесс образования сажи в камере сгорания для исследуемых
процессов с частично-гомогенным сгоранием протекает несколько по-другому
(рис. 5). Во всех трех исследуемых случаях впрыскивания топлива первые очаги
образования сажи возникают в центральной части камеры сгорания в зонах