Жданок С.А. Теплофизические и кинетические процессы в системах снижения токсичности отработавших газов энергетических установок / С.А.Жданок, Г.М.Васильев, А.Н.Мигун; НАН Беларуси, Отд-ние физ.-техн. наук, Ин-т тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова. - Минск: Беларуская навука, 2014. - 371 с.: ил.- ISBN 978-985-08-1773-0  Место хранения:   02 | Отделение ГПНТБ СО РАН | Новосибирск

Оглавление / Contents

Введение ........................................................ 3 Глава 1. Производство водорода и его использование в двигателях внутреннего сгорания ................................. 8 1.1 Промышленное производство синтез-газа ...................... 9 1.1.1 Газификация угля .................................... 9 1.1.2 Паровая конверсия метана ........................... 12 1.1.3 Частичное окисление углеводородов .................. 13 1.1.4 Альтернативные способы получения водорода .......... 15 1.2 Сравнительный анализ методов производства водорода ........ 16 1.3 Основные характеристики ДВС и способы их улучшения ........ 19 1.3.1 Зависимость скорости горения от давления и начальной температуры .............................. 23 1.3.2 Детонационный режим работы. Причины и последствия .. 25 1.3.3 Классификация различных видов топлива. Октановое число .............................................. 27 1.3.4 Влияние добавок водорода на свойства углеводородных топлив .............................. 28 1.3.5 Практика использования добавок водорода к углеводородному топливу ............................ 31 Глава 2. Разработка комплекса программного обеспечения для исследования процессов горения с учетом сложной химической кинетики ....................................................... 34 2.1 Универсальная библиотека классов для моделирования газофазной химической кинетики ............................ 35 2.2 ПО для работы с термодинамическими базами ................. 54 2.3 ПО для работы с кинетическими механизмами ................. 57 2.4 Распространение ламинарного пламени в предварительно перемешанной смеси ........................................ 63 2.5 Коэффициенты переноса в системе газ-пористая среда ........ 67 2.6 Стационарная двухтемпературная волна горения в пористой среде ..................................................... 74 2.7 Влияние диффузии и теплопроводности на свойства волн горения в пористой среде .................................. 79 Глава 3. Моделирование частичного окисления метана в пористых каталитических реакторах ....................................... 87 3.1 Теоретический анализ эффективности процесса ............... 88 3.2 Кинетическая модель ...................................... 106 3.3 Реактор с постоянным направлением течения газа ........... 108 3.3.1 Математическая модель ............................. 108 3.3.2 Результаты моделирования .......................... 112 3.4 Реактор с переменным направлением течения газа ........... 118 3.4.1 Математическая модель ............................. 120 3.4.2 Результаты моделирования .......................... 122 Глава 4. Влияние добавок синтез-газа и водорода на характеристики процесса горения бензино-воздушных смесей в условиях, характерных для двигателей внутреннего сгорания ..... 126 4.1 Начальные условия численного моделирования ............... 127 4.2 Кинетическая модель окисления бензинов ................... 129 4.3 Влияние добавок синтез-газа и водорода на равновесный состав продуктов сгорания ................................ 131 4.4 Влияние добавок синтез-газа и водорода на время задержки термического воспламенения ...................... 135 4.5 Влияние добавок синтез-газа и водорода на экологические характеристики продуктов сгорания ........................ 145 4.6 Влияние добавок синтез-газа и водорода на скорость распространения пламени в бензино-воздушной смеси ........ 150 Глава 5. Плазменный реформинг жидких углеводородных топлив .... 154 5.1 Разложение жидких углеводородных топлив с помощью электрической энергии .................................... 156 5.1.1 Влияние содержания сажи и материала электрода на процесс разложения углеводородного топлива ........ 159 5.1.2 Совместное разложение легких и тяжелых углеводородов ..................................... 161 5.2 Рабочие параметры системы получения водородосодержащего синтез-газа из жидких углеводородных топлив .............. 163 5.3 Устройства для получения водородосодержащего синтез-газа из жидкого углеводородного топлива ........... 170 5.3.1 Конструкции и результаты стендовых испытаний рабочих камер с высоковольтной электродной системой .......................................... 172 5.3.2 Конструкции реакторов с высоковольтным инициированием и результаты их испытаний .......... 179 Глава 6. Методы очистки газовых выбросов от сажи, оксидов азота и серы в процессе выпуска отработавших газов ДВС ........ 189 6.1 Свойства сажи и сажевого аэрозоля отработавших газов дизельных двигателей ..................................... 192 6.2 Современные технологии и средства очистки отработавших газов от частиц в процессе выпуска ....................... 198 6.3 Электрические разряды, используемые для очистки газов от токсичных компонентов ................................. 200 6.3.1 Типы электродных систем электроразрядных установок ......................................... 202 6.3.2 Импульсный коронный разряд ........................ 204 6.3.3 Барьерный разряд .................................. 208 6.3.4 Стационарный тлеющий разряд атмосферного давления .......................................... 211 6.3.5 Разряд в засыпках ферроэлектрика .................. 213 6.4 Системы регенерации сажевых фильтров ..................... 221 Глава 7. Кинетика процесса очистки отработавших газов от сажи и токсичных газообразных компонентов в электроразрядной плазме ........................................................ 225 7.1 Кинетика плазмохимических реакций ........................ 227 7.2 Очистка отработавших газов от твердых частиц в электроразрядной плазме .................................. 232 7.2.1 Осаждение частиц .................................. 233 7.2.2 Физико-химическая утилизация сажи ................. 240 7.2.3 Межэлектродное дожигание частиц сажи .............. 245 Глава 8. Теоретическое описание электродной системы плазмохимического реактора .................................... 253 8.1 Выбор типа электродной системы ........................... 253 8.2 Коронный разряд отрицательной полярности острийной электродной системы ...................................... 255 8.3 Основные параметры коронного разряда системы острие-плоскость ......................................... 260 8.4 Распределение плотности тока по плоскости и вольт-амперная характеристика разряда .................... 269 8.5 Особенности коронного разряда в потоке отработавших газов .................................................... 270 8.6 Зависимость мощности коронного разряда от величины межэлектродного расстояния и температуры газового потока ................................................... 275 8.7 Оптимизация конструктивных параметров электродной системы .................................................. 280 Глава 9. Разработка основных элементов плазмохимических реакторов ..................................................... 290 9.1 Разработка принципиальной схемы .......................... 292 9.2 Электродная система ...................................... 297 9.2.1 Выбор типа электродной системы .................... 297 9.2.2 Определение оптимальных параметров электродных систем ............................................ 297 9.2.3 Вольт-амперные характеристики электроразрядных систем ............................................ 300 9.3 Тепловой расчет и ресурс работы электродной системы ...... 302 9.4 Газодинамические характеристики плазмохимического реактора ................................................. 305 9.4.1 Анализ влияния шума выпуска двигателя на разрядные характеристики .......................... 305 9.4.2 Подавление акустических и звуковых колебаний в плазмохимическом реакторе ......................... 306 9.5 Газодинамический расчет .................................. 308 9.6 Критерии оценки эффективности процесса сажеочистки ....... 310 Глава 10. Методика и результаты экспериментальных исследований электроразрядных систем для снижения токсичности отработавших газов ДВС ............................ 312 10.1 Экспериментальная установка, приборы и оборудование ...... 312 10.1.1 Устройство и принцип работы плазмохимического реактора для дизельных двигателей типа Д-243 ...... 312 10.1.2 Компоновочная схема системы выпуска двигателя с плазмохимическим реактором ........................ 317 10.1.3 Лабораторная установка для проведения стендовых испытаний ......................................... 318 10.2 Методики экспериментальных исследований .................. 320 10.3 Расчет основных конструктивных параметров плазмохимического реактора с дисковой электродной системой ................................................. 329 10.4 Стендовые исследования плазмохимического реактора при питании разряда постоянным напряжением ................... 334 10.5 Стендовые исследования плазмохимического реактора при импульсном и комбинированном режимах питания разряда ..... 339 10.6 Газодинамическое сопротивление плазмохимического реактора и шумовые характеристики процесса впуска дизеля Д-243 ............................................. 341 10.7 Особенности плазмохимического способа очистки отработавших газов и перспективы его использования в современной автотракторной технике ....................... 343 10.8 Экономическая эффективность применения плазменных очистителей отработавших газов дизельных двигателей ...... 345 Литература .................................................... 350