Двигатели внутреннего сгорания. 2010. №2 PDF (Size:7770 МБ)

Экологизация ДВСУДК 621.43А.М. Левтеров, канд. техн. наук, Л.И. Левтерова, инж., Н.Ю. Гладкова, инж.ОБРАЗОВАНИЕ МОНООКСИДА АЗОТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ЕГОЭМИССИЮ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ И ВИДАИСПОЛЬЗУЕМОГО ТОПЛИВАИсточниками антропогенного загрязнения атмосферыявляются теплоэнергетика, нефтегазопереработка,промышленность, транспорт. Негативныеизменения атмосферы Земли связаны, главнымобразом, с изменением концентрации второстепенныхкомпонентов атмосферного воздуха. Такиесоединения, как угарный газ, монооксиды азота исеры, кроме того, что сами опасны для живых организмов,будучи активными окислителями, создаютне менее опасные соединения. Так, окислыазота становятся пусковыми веществами фотохимическогосмога. А их доля постоянно растет сростом количества отработавших газов, выбрасываемыхв атмосферу автомобилями, парк которыхувеличивается и будет неуклонно расти, таким образомпревращая ДВС в основной антропогенныйисточник оксидов азота в атмосфере.Оксиды азота представлены следующим рядом:NO, NO 2 , N 2 O, N 2 O 3 , N 2 O 5 , N 2 O 4 . Они физиологическиактивны: в больших концентрациях какоксиды, так и диоксиды азота могут вызывать удушье,поражать центральную нервную систему.Около 80% всех оксидов азота приходится на долюNO. Образованием монооксидов азота окружающаясреда обязана сжиганию топливовоздушных смесейв энергоустановках различного типа, когда безобидныйазот воздуха, попадая в пламя, окисляетсяв основном до монооксида азота кислородом воздуха,участвующего в горении. Как соединение спромежуточной степенью окисления, монооксидазота может быть как восстановителем, так и окислителем.Попадая в атмосферу NO, постепеннопревращается в гемиоксид азота (N 2 O) путем взаимодействияс озоном и гидроперекисными радикалами,при обычных условиях NO быстро окисляетсядо NO 2 . Образующаяся в процессе сгорания углеводородноготоплива окись азота после выходаиз выпускной системы двигателя вступает в реакциюс кислородом воздуха и дает неустойчивоесоединение диоксида азота NO 2 , а затем ряд устойчивыхсоединений с разным содержанием элементовв молекуле и обозначается как NO х . Проблеманейтрализации монооксидов азота, а, следовательно,изучение условий их образования и количественнойоценки даже в случае использованияв качестве топлива чистого водорода «с повесткидня» не снимается.Современное состояние теории и практикипроцесса горения топливно-воздушной смеси вДВС характеризуется все возрастающей сложностьюрешаемых научно практических проблем ирассматриваемых при этом динамических задач исвязанной с этим необходимостью адекватногоколичественного и качественного описания сложнейшихгидродинамических и термодинамических,химических и физических процессов, включая процессыпереноса энергии, импульса, массы. К сожалению,классификация подобных динамическихзадач по данным [1], где автор делает попытку такойклассификации, отсутствует.Адекватное описание процессов горения возможнотолько с учетом детальной кинетики химическихреакций (микрокинетики). Важной проблемойявляется учет равновесного состава продуктовсгорания при наличии в них градиента температуры,обусловленного Махе–эффектом, т. е. различнойэволюцией отдельных объемов, которые изменяютсяв процессе сгорания.Можно выделить несколько работ, посвященныхметодике определения эмиссии NO в процессегорения. Так, в [2] согласно принятой гипотезе массовыйвыброс NO пропорционален количеству теплоты,выделившийся к моменту достижения в камересгорания максимального давления. Взаимосвязьэтих параметров основывается на материалахэкспериментальных исследований.В работе [3], опираясь на модель сгоранияРазлейцева Н.Ф., реакции горения углеводородовсводят к бимолекулярным реакциям, идущим в однусторону и дополняют их моделированием эмиссииNO в соответствии с механизмом Зельдовича.В работе [4] моделирование горения в ДВС и образованиепродуктов сгорания, в том числе и токсическихвеществ, рассматривается в рамках многозонноймодели. В [5,6,7] представлен метод химическоготурбулентного тепломассообмена в ДВС,где рассматривается горение неоднородной в пространствесмеси, химическая кинетика горения наДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 113