Повышение экономичности судовых дизелей посредством улучшения объемного смесеобразования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Чадаев, Павел Константинович

• Чадаев, Павел Константинович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чадаев, Павел Константинович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава1. УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБЪЕМНОЕО СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ - МОЩНЫЙ РЕЗЕРВ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1.1. Актуальность проблемы улучшения качества струйного смесеобразования в судовых дизелях

1.2. Обзор и анализ методов улучшения струйного смесеобразования

1.3. Выбор метода возмущения воздушного заряда в дизеле и обзор работ по изучению его влияния на процессы смесеобразования и сгорания

1.4. Обзор и анализ работ по исследованию влияния давления впрыскивания топлива на параметры смесеобразования и рабочего процесса дизеля в целом

1.5. Выводы по обзору. Постановка задач исследования

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОЗМУЩЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ НА ПРОЦЕССЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ

2.1 Математическая модель процессов движения и тепломассообмена капель топлива, взвешенных в возмущенной газовой среде

2.2 Апробация численного метода исследования процессов тепломассообмена капель топлива

2.3. Анализ результатов численного эксперимента по влиянию возмущения воздушной среды на динамику движения и процессы тепломассообмена взвешенных капель

2.3.1. Численные исследования движения взвешенных капель без их испарения

2.3.2. Обобщенная зависимость для средней скорости обдува капли, взвешенной в возмущенной газовой среде

2.3.3. Влияние формы колебаний воздушной среды на скорость обдува взвешенных капель топлива

2.3.4. Влияние возмущения среды на процессы движения и тепломассообмена взвешенных капель

2.4. Основные результаты исследования. Выводы

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОЗМУЩЕНИЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ И ДАВЛЕНИЯ ВПРЫСКИВАНИЯ НА ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ

3.1. Экспериментальное исследование влияния возмущения среды на процесс испарения и горения закрепленных капель топлива

3.2. Экспериментальное исследование влияния давления впрыскивания на основные показатели возмущения среды в топливно-воздушной струе

3.3. Влияние возмущения среды и давления впрыскивания топлива на параметры макросмесеобразования

3.4. Основные результаты исследования. Выводы

Глава 4. ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОЗМУЩЕНИЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ И ДАВЛЕНИЯ ВПРЫСКИВАНИЯ

ТОПЛИВА НА ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ

4.1. Описание экспериментальной лабораторной установки и методики проведения эксперимента

4.2. Анализ результатов лабораторных исследований

4.3. Оценка экономической целесообразности применения профилированных поршней в судовых вспомогательных дизелях

4.4. Основные результаты исследования. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение экономичности судовых дизелей посредством улучшения объемного смесеобразования»

ВВЕДЕНИЕ

Хорошо известно, что проблема экономии топлива является одной из важнейших для нашей страны. Особенно актуальными эти вопросы стали в последнее время в связи с переходом на рыночные отношения. Данная проблема имеет большое значение и для речного транспорта, который является крупным потребителем дефицитного дизельного горючего. В данной диссертационной работе исследуется один из перспективных методов снижения расхода топлива в судовых дизелях.

На примере анализа состава дизельного парка судов Западно-Сибирского речного пароходства показано, что основным типом двигателей на теплоходах речного флота являются дизели с объемным смесеобразованием. Органическим недостатком этих машин является переобогащение топливом центральной части топливных струй, что вызывает интенсивное сажеобразование в этой области. Последнее существенно ухудшает экономические, мощностные и экологические показатели двигателей. Возникает задача найти простой в осуществлении и эффективный в действии метод устранения (или заметного ослабления) этого несовершенства.

Для решения поставленной задачи использован метод дополнительного возмущения воздушного заряда посредством специального профилирования поршня. Возмущение среды, как известно, приводит к сокращению длины топливной струи. Естественно возникает опасение, что это может нарушить соотношение между геометрией факела и формой камеры сгорания. В результате может иметь место ухудшение качества рабочего процесса. Данный недостаток предложено элиминировать посредством увеличения давления впрыскивания топлива.

В работе сделана попытка теоретическим путем изучить влияние параметров возмущения среды на динамику движения и тепломассообмен взвешенных в воздушном потоке капель. Для выполнения данной задачи были созданы математическая модель и численный метод исследования этого сложнейшего физического процесса. Данные разработки сделаны с использованием последних достижений в области фазовых превращений нефтепродуктов при высоких значениях давлений и температур газовой среды. В отличие от существующих, предлагаемые математическая модель и расчетный метод включает в себя уравнение движения капли, что позволило получить дополнительное уточненные данные о скорости обдува частиц, которая играет большую роль в процессах тепломассоомена. Расчетный метод был подвергнут апробации путем сопоставления расчетных и экспериментальных данных по испарению закрепленных частиц разных топлив.

В результате анализа материалов обширного вычислительного эксперимента были установлены некоторые особенности процессов движения, прогрева и испарения капель топлив. В частности было подтверждено, что возмущение среды является действенным методом интенсификации процессов микросмесеобразования. Показано, что на динамику движения и испарения частиц, взвешенных в газовой возмущенной среде, существенное влияние оказывают их размеры, а также форма пульсаций скорости движения потока. Дано объяснение эти наблюдениям. На основе обработки расчетных данных получена новая, более точная формула для нахождения скорости обдува капель пульсирующим потоком и др.

Посредством специального эксперимента констатировано, что динамика равновесного испарения и горения капель, закрепленных в возмущенном потоке, различна. Эти опыты также подтвердили тот факт, что возмущение среды является действенным методом интенсификации процессов микросмесеобразования.

В результате экспериментов, проведенных на опытной установке, которая включает в себя лазерно-доплеровский анемометр, установлено, что с увеличением давления впрыскивания топлива параметры возмущения (частота и амплитуда пульсаций скорости движения частиц) растут. Установлены некоторые особенности этого эффекта.

На основе анализа расчетного материала показано, что посредством относительно небольшого увеличения давления впрыскивания топлива вполне можно компенсировать сокращение длины топливной струи, вызванное возмущением воздушного заряда.

Посредством испытаний, проведенных на двигателе Ч 10,5/12, установлено, что выбранный метод возмущения воздушного заряда, основанный на возбуждении в камерах сгорания газодинамических колебаний при помощи специального профилирования верхней части поршня совместно с небольшим увеличением давления впрыскивания топлива, оказался весьма эффективным. Так, существенно (на 10-12 г/кВт-ч и более) сократился удельный индикаторный расход топлива без заметного ухудшения динамических показателей двигателя. При этом наибольший экономический эффект получен на долевых нагрузках, что очень важно для вспомогательных дизелей, приводящих в действие судовые электрогенераторы.

Экономические расчеты показали, что применение выбранного метода • улучшения качества смесеобразования применительно к судовым дизель-генераторам вполне обоснован. Все затраты, связанные с практическим внедрением этого способа, окупаются в течение -1/6 продолжительности навигации.

В соответствии с вышеизложенным к защите представляются следующие материалы:

1. Поправки в математическую модель и численный метод исследования процессов тепломассообмена капель, взвешенных в возмущенной воздушной

среде. Это дало возможность проследить посредством расчетов за динамикой скоростей движения капли и газовой среды, а также за изменениями во времени скорости обдува частиц.

2. Материалы апробации и коррекции численного метода расчета процессов тепломассообмена капель топлива, взвешенных в воздушной среде.

3. Новую формулу для оценки скорости обдува капель, взвешенных в возмущенной воздушной среде.

4. Результаты массового вычислительного эксперимента, которые позволяют установить основные закономерности процессов движения, прогрева и испарения капель топлива, взвешенных в возмущенном воздушном потоке.

5. Материалы экспериментального исследования процессов испарения и горения капель в акустически возмущенной воздушной среде.

6. Результаты исследования параметров пульсационного движения капли топлива в струе в зависимости от давления впрыскивания горючего.

7. Итоги лабораторных испытаний двигателя 410,5/12 с обычными и профилированными поршнями.

8. Оценку экономической целесообразности использования профилированных поршней для вспомогательных дизелей, приводящих в действие судовые электрогенераторы.

Глава! УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБЪЕМНОГО СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ - МОЩНЫЙ РЕЗЕРВ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1.1. Актуальность проблемы улучшения качества струйного смесеобразования в судовых дизелях

На судах речного флота наибольшее распространение получили дизели с объемным смесеобразованием. Последнее хорошо иллюстрируется материалами по ОАО "Западно-Сибирское речное пароходство", которые приведены в табл. 1.1. Такой выбор объясняется тем, что двигатели с этим способом смесеобразования характеризуются:

- высокой экономичностью;

- хорошими пусковыми качествами;

- простой формой КС.

Однако этот способ смесеобразования имеет и ряд существенных недостатков, среди которых наиболее важным является то, что внутри топливных струй имеет место большая неравномерность локальных значений коэффициента избытка воздуха. Благодаря этому в центральной части струй наблюдается значительная нехватка окислителя. Именно здесь при высоких температурах, возникающих после воспламенения топлива, создаются благоприятные условия для химических реакций разложения топлива, которые сопровождаются интенсивным выделением свободного углерода - сажи.

Интенсивное сажеобразование в цилиндре дизеля крайне нежелательно, т.к. оно ухудшает экономические и экологические показатели двигателя. Для обеспечения необходимой экономичности двигателя требуется существенное увеличение суммарного коэффициента избытка воздуха, что, в свою очередь, ведет к заметному уменьшению располагаемой мощности дизеля. Таким обра-

зом улучшение качества струйного смесеобразования является существенным резервом повышения мощности двигателя при неизменных его весовых, габаритных и скоростных показателях.

Таблица!. 1

Баланс двигателей, установленных на судах ЗСРП

№ Марка двига- Заводская Количество Мощность Давление от- Способ

теля по ГОСТ марка двигателей двигателя, крытия иглы смесеоб-

в ЗСРП, шт кВт форсунки, разова-

МПа ния

1 2 3 4 5 6 7

Главные двигатели

1 4Ч12'5/9 4ФД12'5/9 4 30 25 ОС

2 6ЧСП12/]4 К-161МЗ-1 14 66 16 ОС

3 6ЧСП15/18 ЗД6 79 110 21 ОС

4 6ЧСПН15/18 ЗД6Н 9 173 21 ОС

5 12ЧСП15Л8 ЗД12 14 240 21 ОС

6 12ЧСПН15/18 7Д12 14 382 21 ОС

7 6ЧН1б/22.5 68160РЫ 1 170 21 ОС

8 6ЧН1б/22.5 6Ы60РШ 25 170 21 ОС

9 12ЧСПН18/20 М401 55 736 20 ОС

10 6ЧСП18/22 ДД105,ДД106 143 110 21 ОПС и ОС

11 6ЧСПН18/22 ДДЮ7 91 165 21 ОПС и ОС

12 6ЧСП18/2б 6НФД26 1 147 35 ОС

13 6ЧСПН18/2б 6НФД26АЗ 104 287 35 ОС

14 6Ч23/3о - 28 260 22 ОС

15 8Ч23/30 - 5 353 20 ОС

16 8ЧР24/зб 8НФД36-1У 8 441 28 ОС

17 8Ч24/Зб 8НФД36 51 300 28 ОС

18 8ЧРН24/Зб 8НФД36 АУ 2 441 28 ОС

19 6Ч25/34 - 7 284 21 ОС

20 6ЧН25/з4 - 2 345 21 ОС

21 6ЧР32/48 6НФД48У 22 485 35 ОС

22 6чнр32/48 6НФД48АУ 2 736 35 ОС

23 8ЧНР32/48 8НФД48А 4 970 35 ОС

24 6ЧРНзб/45 Г-70 48 883 20 ОС

25 4Ч12/14 СМД145 1 61 21 ОС

26 8Ч13/14 ЯМ3238 6 158 21 ОС

Итого 740

Продолжение таблицы 1.1.

1 2 3 4 5 6 7

Вспомогательные двигатели

1 2Ч8'5/п ДС-25 42 11,3 11 ВКС

2 4Ч8'5/ц 5Д4 61 19 11 ВКС

3 2Ч10<5/13 К-167 7 18 15 ВКС и ОС

4 4Ч10>5/13 К-962 194 29,4 15 ВКС и ОС

5 6Чп/1б 6Ы10 1 78 20 ОС

6 6Ч12/14 К161 128 66 16 ОС

7 ЗЧ14>5/12 ЗФД 14'5Л2 40 31 25 ОС

8 4Ч14,5/]2 4ФД14'5/12 6 43 25 ОС

9 зч15/18 ЗНФД18 31 78 30 ОС

10 6Ч15/18 ЗД6 15 110 21 ОС

11 6ЧН16/22.5 бБШРИ 1 170 21 ОС

12 4Ч17'5/24 6НФД24 2 74 30 ОС

13 6Ч18/22 ДДЮЗ 1 110 21 ОПС иОС

14 6ЧН18/22 ДДЮ7 28 165 21 ОПС иОС

15 4Ч18/2б 4НФД26 33 99 35 ОС

Итого 590

Обозначения: ОС - объемное смесеобразование; ОПС - объемно-пленочное смесеобразование; ВКС - вихрекамерное смесеобразование.

В работах [2, 60] и др. показано, что в последнее время в связи с острой нехваткой финансирования, ремонт дизельного парка речного флота производится с большими задержками, а иногда и вообще не делается. Это резко снижает техническое состояние двигателей, а вместе с ним - и их топливную экономичность. Поэтому улучшение качества смесеобразования посредством какого-либо относительно недорогого в осуществлении метода открывает возможности повышения экономичности дизелей в эксплуатационных условиях.

Наконец, улучшение струйного смесеобразования должно привести к сокращению сажеобразования в цилиндре дизеля, а следовательно, к уменьшению попадания сажи на масляную пленку, что, как показано в работе [2] приводит к сокращению угара масла.

Приведенные выше соображения позволяют сделать вывод о том, что объемное смесеобразование, широко используемое в дизелях речного флота, нуждается в усовершенствовании.

1.2. Обзор и анализ методов улучшения струйного смесеобразования

В предыдущем параграфе было показано, что недостатком объемного смесеобразования является переобогащение топливом центральной части струи. В результате в ней образуется сажа, которая плохо горит. Это ведет к затягиванию процесса горения. Динамика тепловыделения становится не оптимальной. В итоге увеличивается удельный расход топлива, ухудшаются экологические показатели двигателя (дымный выхлоп).

Имеется несколько способов улучшения качества струйного смесеобразования. Основными из них являются:

> подогрев топлива до температуры 200...300°С и выше [13, 20, 102, 107 и

др-1;

> предварительное насыщение топлива воздухом или другим газом [62, 70 и

др ];

> дробное (прерывистое) впрыскивание топлива [54, 70, 96 и др.];

> обработка топливной струи электрическим или магнитным полем [23, 105, 106, и др.];

> закрутка воздушного заряда [40, 47, 65, 75, 76, 91, 93, 108, 113 и др.];

> применение турбулизирующих струй [23, 57, 58, 72, 73 и др.];

> организация вихря на такте сжатия, посредством выжимания воздуха из зазора между поршнем и крышкой цилиндра [16, 19 и др.];

> использование особых форм распыливающих отверстий [37, 38 и др.];

> повышение давления впрыскивания [3, 4, 5, 22, 44, 53, 55, 66, 98, 101, 114 и

др];

> турбулизация воздушного заряда [42, 47, 79, 81, 84 и др].

Рассмотрим эти методы более подробно. Первый путь требует создания высокоэффективных пожаробезопасных и экономичных подогревателей топлива, которые бы не увеличивали объем топлива, нжодящегося в магистрали высокого давления. Это довольно сложная задача, которая до настоящего времени не решена и требует дополнительных серьезных исследований и разработок.

Предварительное насыщение топлива воздухом довольно эффективно, но для реализации этого метода требуется переделка топливной аппаратуры дизеля и исследование влияния данного способа на эксплуатационные характеристики всей топливоподающей аппаратуры и дизеля в целом.

При использовании дробного впрыскивания топлива возникает проблема повышенного износа иглы распылителя из-за увеличения числа ее посадок на гнездо за одно впрыскивание.

Обработка струи электрическим или магнитным полем очень сложно осуществить на практике ввиду весьма ограниченного объема камеры сгорания.

Закрутка воздушного заряда при наполнении является эффективным способом улучшения струйного смесеобразования. Это объясняется его двойным действием. С одной стороны имеет место мощное конвективное перемешивание компонентов струи, а с другой - вихревое движение воздушного заряда является источником возникновения турбулентных пульсаций скорости движения среды, что также инициирует процесс смесеобразования.

Однако закрутка воздушного заряда требует значительных конструктивных переделок дизеля, что вряд-ли возможно в условиях судостроительных заводов. Более того, данный метод применим только для ВОД. В других типах

двигателей вихрь, образующийся при наполнении, в период сжатия вырождается и эффект пропадает.

На такте сжатия вихрь может быть создан посредством выжимания воздуха из зазора между поршнем и крышкой цилиндра. Примером такого способа организации вихревого движения воздушного заряда является хорошо известная камера ЦНИДИ. Это направление получило широкое распространение в дизелестроении, однако имеет ряд существенных недостатков:

> относительно низкая интенсивность вихреобразования. Результаты исследования, приведенные в [70] говорят о том, что скорость движения воздуха в камере сгорания ЦНИДИ недостаточна для заметного влияния на струю топлива.

> зависимость интенсивности вихреобразования от скорости движения поршня. Максимуму скорости движения поршня соответствует максимум скорости воздушных потоков. К началу горения интенсивность вытекания воздуха из зазора между поршнем и крышкой цилиндра значительно падает или совсем исчезает. Дальнейшее движение масс воздуха происходит за счет инерции и быстро вырождается.

Учитывая эти и другие недостатки (в том числе и эксплуатационные), данный метод смесеобразования в последнее время интенсивно заменяется объемным способом.

Использование завихривающих струй, как показал опыт, дает заметный эффект даже в МОД. Однако надежных, простых в осуществлении и экономичных устройств для реализации этого метода на практике не создано. Предка-мерный способ [52] образования завихривающихся струй требует существенных переделок дизеля и вряд ли его можно применить в судовых условиях. Вихреобразование за счет впрыскивания в цилиндр дизеля воды [70] довольно эффективно, но применение этого способа улучшения качества смесеобразования тормозится из-за трудности обеспечения надежной работы системы подачи

жидкости. Наконец, использовать для организации завихривающих струй воздух, сжатый в специальном компрессоре, экономически неоправданно.

В силу сказанного, до настоящего времени данный метод интенсификации процессов смесеобразования не нашел практической реализации.

Улучшение смесеобразования посредством применения распыливающих отверстий различной геометрии дает довольно интересные и обнадеживающие результаты. Однако для реализации данного способа, как нам кажется, требуются дальнейшие, более глубокие исследования. Кроме этого по данному вопросу имеются и другие суждения [15].

Наиболее перспективным видится метод улучшения качества смесеобразования посредством турбулизации воздушного заряда. Практически это можно осуществить путем возбуждения газодинамических колебаний при помощи специальной формы КС. В отличие от других методов турбулизации, данный способ позволит получить возмущение среды в наиболее нужный момент времени (в конце сжатия и при горении). Данный метод обеспечит размывание топливной струи и будет способствовать тем самым выравниванию концентраций топлива по объему КС, т.е. в результате улучшится качество макросмесеобразования. Более того, как показывает ряд исследований [31, 35], возмущение воздушного заряда интенсифицирует процессы тепломассообмена капельной взвеси, т.е. улучшает качество микросмесеобразования. В результате всего сказанного можно ожидать повышения индикаторного КПД двигателя.

Однако надо иметь ввиду, что при дополнительной турбулизации воздушного заряда уменьшается длина (дальнобойность) топливной струи и тем самым может нарушиться оптимальность взаимодействия последней с КС. В итоге мы можем не получить ожидаемого эффекта. Устранение этого недостатка может быть достигнуто посредством умеренного (небольшого) увеличения давления впрыскивания топлива, что само по себе является одним из действенных методов улучшения качества смесеобразования [32, 43 и др.]. Данную one-

рацию можно осуществить без существенных переделок топливной аппаратуры. Это достигается либо посредством увеличения диаметра плунжерных пар ТНВД, либо путем увеличения давления начала впрыскивания топлива.

Таким образом в основу дальнейшего исследования кладется симбиоз двух методов улучшения качества смесеобразования - дополнительная турбу-лизация воздушного заряда и повышение давления впрыскивания топлива. Такое сочетание до настоящего времени не изучалось.

1.3. Выбор метода возмущения воздушного заряда в дизеле и обзор работ по изучению его влияния на процессы смесеобразования и сгорания

Опытами Кларка [89] установлено, что турбулизация воздушного заряда в цилиндре дизеля с неразделенными камерами сгорания происходит главным образом в процессе наполнения и характеризуется значительными скоростями истечения воздуха во впускном канале. Турбулентная струя газа, в свою очередь, является генератором акустических колебаний, мощность которых определяется скоростью истечения [25, 88, 95], а частота осцилляций соответствует характерной частоте пульсаций [26, 100]. Следовательно, на такте наполнения, наряду с турбулентным движением среды в цилиндре дизеля генерируется акустическое поле, источником которого являются турбулентные пульсации [80].

Получаемые таким образом гармонические колебания распространяются в объеме цилиндра в виде звуковых волн, которые подчиняются законам акустики. В итоге, к моменту закрытия впускных клапанов в цилиндре имеют место как турбулентное движение заряда, характеризующееся осредненной и пульсационной составляющей, так и акустические волны с широким спектром частот. Пульсации скорости и акустические колебания имеют одну природу,

взаимосвязаны и оказывают друг на друга существенное влияние. Поэтому, в дальнейшем, при изучении пульсационной составляющей движения возмущенной среды будем применять более общий термин "газодинамические колебания".

С точки зрения акустики, цилиндр дизеля, ограниченный стенкой, крышкой и поршнем можно рассматривать в виде короткой цилиндрической закрытой с двух сторон трубы [24]. При возбуждении такого объема будут иметь место собственные колебания газового столба - стоячие волны. Трехмерное колебательное движение среды условно можно представить в виде продольных и поперечных стоячих волн [85]. Продольные волны распространяются по оси цилиндра, а поперечны перпендикулярно. Длина волны возможных гармоник будет кратна характерному размеру закрытого объема, а частота будет зависеть от количества полуволн и скорости звука. Отличительной положительной особенностью стоячих волн является отсутствии в них потока энергии. Поэтому рассеивание мощности этого вида газодинамических колебаний будет наименьшим.

В процессе сжатия возмущенного воздушного заряда повышается его температура и плотность, а следовательно, и скорость звука, что повлечет перераспределение частот имеющихся газодинамических колебаний. В результате стоячие волны, длина которых окажется кратной характерному размеру замкнутого объема, будут усиливаться, а остальные затухать. Это подтверждается экспериментальными исследованиями Е.С. Семенова и A.C. Соколика [68] из которых видно, что к концу сжатия наблюдается возрастание амплитуды высокочастотных пульсаций, причем их частота равна собственной частоте стоячих волн. С другой стороны, одновременно с этим отмечается вырождение ос-редненной составляющей движения турбулентного воздушного заряда [72].

Экспериментальные исследования процесса смесеобразования на моторных установках с действующей системой газообмена показали, что длина струи

топлива, развивающейся в возмущенной воздушной среде, меньше, чем в спокойной при прочих равных условиях в 1,5-2 раза. Так как при применении всасывающего канала падающего типа влияние закрутки заряда сведено к минимуму, то очевидна основная роль в этом случае отводится газодинамическим колебаниям [41].

Возможность воздействия пульсаций воздуха на микросмесеобразование в условиях дизельного впрыскивания подтверждена экспериментально [83]. При наложении на струю топлива поперечных акустических колебаний, создаваемых электродинамическим излучателем, угол распыливания увеличился на 5-7°, что свидетельствует об усилении поперечного переноса капельной взвеси.

Это дает основание принять газодинамические колебания среды, возбуждаемые в камере сгорания, в качестве инструмента для интенсификации процессов смесеобразования и сгорания.

В связи с тем, что степень влияния пульсаций среды на процессы макросмесеобразования возрастает с увеличением мощности возмущений [1], основной задачей в этом направлении является исследование влияния на рабочий процесс амплитудно-частотных характеристик пульсаций воздушного заряда.

Теоретические и экспериментальные исследования подтвердили, что мощность газодинамических колебаний, возбуждаемых при наполнении цилиндра свежим воздушным зарядом, определяется главным образом скоростью истечения воздуха из впускных клапанов и поэтому возможности для ее дальнейшего увеличения весьма ограничены.

Увеличить мощность пульсаций рабочего тела можно за счет установки в камере сгорания специального излучателя [82] . Принцип работы данного устройства заключается в том, что струя газа, вытекающая из предкамеры, ударяется в расположенный в поршне резонатор, который возбуждает мощные газодинамические колебания [71, 79]. Проведенные испытания подтвердили эффективность и целесообразность этого метода увеличения мощности пульсаций

среды в камерах сгорания дизелей. Отмечается увеличение мощности дизеля и уменьшение удельного эффективного расхода топлива.

Однако следует отметить, что рассмотренная конструкция изначально несовершенна, т.к. для ее реализации необходимо иметь разделенную камеру сгорания, что в свою очередь связано с существенным (на 10-20%) увеличенным расходом топлива. Полученный же в результате установки газоструйного излучателя эффект не в состоянии компенсировать перерасход топлива, заложенной самой конструкцией разделенных камер сгорания. Кроме того, постановка предкамеры и системы подачи в нее топлива значительно усложняет конструкцию двигателя и вряд ли возможна в эксплуатационных условиях. Поэтому более перспективным является путь организации колебательного движения заряда в неразделенных камерах сгорания.

В лаборатории СДВС НГАВТ выполнен комплекс теоретических и экспериментальных работ в этом направлении. В результате были предложены и апробированы следующие решения:

> акустическая оптимизация размеров и формы камеры сгорания с целью сохранения имеющихся пульсаций;

> специальное профилирование верхней части поршня для дальнейшего увеличения мощности этих колебаний.

Из трех упомянутых выше форм собственных колебаний газа в цилиндре дизеля в качестве основы были выбраны поперечные радиальные стоячие волны, которые распространяются от стенки цилиндра к центру и обратно. С целью предотвращения рассеяния энергии этих волн при подходе поршня к ВМТ предложено согласовать размер волны (который кратен диаметру цилиндра) с размером камеры сгорания в поршне. Для этого необходимо, чтобы длина полуволны была кратна диаметру камеры сгорания в поршне и диаметру цилиндра. Результаты испытаний таких камер сгорания подтвердили правильность этого решения [10, 64].

Следующим приемом увеличения мощности имеющихся радиальных стоячих волн предложено специальное профилирование верхней плоскости поршня, суть которого заключается в том, чтобы в месте пучности увеличить скорость перетекания воздушного заряда в надпоршневом пространстве, а в месте нахождения узлов - уменьшить [78]. Испытания профилированного поршня в сравнении с штатным подтвердили факт увеличения амплитуды пульсаций газовой среды. Благодаря акустической оптимизации камеры сгорания (согласование размеров камеры сгорания с размером цилиндра) полученные таким образом колебания сохраняются на линии расширения до 60-65 °ГЖВ после ВМТ. Вследствие увеличения мощности возмущений и их положительного влияния на процессы смесеобразования и сгорания получено заметное уменьшение удельного эффективного расхода топлива [84, 86].

Таким образом, преимущества способа возбуждения газодинамических колебаний путем профилирования верхней части поршня подтверждают целесообразность принятия его за основу дальнейших исследований. Кроме того, следует отметить, что для применения этого метода не требуется какой-либо специальной аппаратуры и существенной переделки двигателя (изменяется только профиль поверхности верхней части поршня дизеля). Большим достоинством данного метода можно считать то, что он не требует дополнительных затрат энергии.

Рассмотрим теперь работы по изучению влияния возмущения среды на процессы тепломассообмена взвешенных капель топлива. Отметим сразу, что эти процессы имеют свою специфику. Она заключается в том, что в отличие от закрепленных частиц, взвешенные капли увлекаются пульсирующим потоком. При этом, чем меньше размеры частиц и частота пульсаций, тем этот эффект проявляется больше. Наоборот, чем крупнее капли и чем больше частота пульсаций, тем частицы увлекаются потоком меньше. В то же самое время хорошо известно, что прогрев и испарение капель в большой степени зависит от скоро-

сти их обдува газовым потоком - чем она больше, тем интенсивнее протекают процессы тепломассообмена.

К сожалению имеется весьма мало исследований [31, 32, 33 и др.] в которых делается попытка учесть описанную выше специфику тепломассообмена взвешенных капель. Более того, в основу этих работ положена формула, приведенная в [46, 59] для оценки коэффициента турбулентной диффузии капель. Насколько полно данный подход учитывает особенность исследуемого процесса неизвестно, т.к. проверить его не представляется возможным в виду отсутствия опытного материала. Таким образом, можно считать, что исследования в этой области остаются весьма актуальными. По-прежнему представляет интерес влияние возмущения среды на тепломассообмен закрепленных капель.

1.4. Обзор и анализ работ по исследованию влияния давления впрыскивания топлива на параметры смесеобразования и рабочего процесса дизеля в целом

Тенденция к повышению давления Рвпр впрыскивания топлива является определяющей для ряда зарубежных фирм, производящих топливную аппаратуру, как для среднеоборотных, так и для высокооборотных дизелей. Так по данным [94, 104] в 1977 году максимальное давление впрыскивания достигало 130-150 МПа, а в настоящее время [98, 114] штатная топливная аппаратура обеспечивает Рвпр до 160-200 МПа, ведутся работы по повышению этого параметра до 200-300 МПа. Все это объясняется стремлением улучшить мощност-ные, экономические и экологические показатели дизелей.

Рассмотрим сначала как влияет увеличение давления Рвпр впрыскивания на качество смесеобразования. Как известно [39 и др.], физическая модель смесеобразования в дизеле состоит из распыливания топлива, распространения ка-

пель в пространстве камеры сгорания (макросмесеобразование) и образования горючей смеси (микросмесеобразование) в результате испарения капель горючего. Рассмотрим эти процессы более подробно в свете влияния на них давления Рвпр.

Экспериментально и теоретически установлено [6, 7, 28, 45, 56 и др], что с ростом давления впрыскивания распыливание топлива дизельными форсунками становится более тонким и однородным. Первое следствие от увеличения Рвпр несомненно ускоряет процессы образования горючей смеси (мелкие капли испаряются быстрее), а второе (однородность распыливания), как показывают исследования [12, 32 и др.], при прочих равных условиях, вначале впрыскивания замедляет интенсивность испарения, а в конце, наоборот ускоряет. При этом весь процесс испарения капельной взвеси проходит за более короткое время.

Процесс макросмесеобразования обычно оценивается видимыми геометрическими параметрами топливной струи - ее длиной и расширением (углом конуса). Рассмотрим как изменяются эти параметры с ростом величин Рвпр.

С увеличением давления впрыскивания топлива угол конуса и длина топливной струи возрастают [6, 45 и др.]. Увеличение угла конуса струи несомненно улучшает качество смесеобразования (имеет место более равномерное распределение капельной взвеси по объему камеры сгорания). Однозначно оценить влияние длины топливной струи на качество смесеобразования весьма трудно, т.к. при этом, как правило, возрастает количество топлива, попадающего на стенки камеры сгорания, а это далеко не всегда благоприятно сказывается на рабочем процессе дизеля. Поэтому увеличение Рвпр обычно сопровождается каким - либо мероприятием, снижающим длину струи (уменьшение диаметра распыливающих отверстий, увеличение плотности воздушного заряда и др.). В нашем случае таким фактором является возмущение воздушного заряда.

Проанализируем теперь работы по исследованию влияния роста давления впрыскивания на рабочий процесс дизеля. В работе [3] приведены результаты эксперимента, проведенного на двух дизелях: 6ЧН 36/45 (марка Г99, Рец=184 кВт, п=250 мин"1) и 6ЧН 36/40 (марка Г95, Рец=337 кВт, п=275 мин"1). Давление впрыска изменялось в интервале 30ч-100 МПа. Результаты получились следующими: если дизель 6ЧН 36/40 при увеличении давления с 45 до 85 МПа улучшил топливную экономичность на 9,3%, то 6ЧН 36/45 при равных условиях -всего на 2%, т.е. эффект оказался лежащим в пределах точности эксперимента.

В работе [22] подобные эксперименты проводились на дизеле со следующими параметрами:

Диаметр цилиндра 180 мм.

Ход поршня 220 мм.

Частота вращения 750 мин"1.

Цилиндровая мощность 36,8 кВт.

Число сопловых отверстий 8.

Диаметр соплового отверстия 0,3 мм.

Максимальное давление впрыскивания 38; 58; 74 МПа. Диаметр плунжера ТНВД 14; 14; 14,5 мм.

Максимальная скорость плунжера 1,36; 2,3; 2,3 м/с.

Результаты экспериментов показали следующие:

1. Повышение Рвпр приводит к увеличению скорости распространения струи (точнее ее вершины) на всем пути ее развития до встречи со стенкой камеры сгорания, что согласовывается с результатами работ [98, 112 и др.] Осред-ненные по всем восьми топливным струям распылителя данные показали, что увеличение проникновения струи пропорционально росту давления впрыскивания в степени 0,3... 0,33.

2. Период задержки воспламенения и расстояние очага пламени от сопла распылителя практически не зависят от величины Рвпр.

3. Скорость распространения пламени по струе увеличивается, а период охвата пламенем всей наружной оболочки струи и продолжительность кинетического сгорания остаются неизменными (это совпадает с результатами исследований [21, 74, 99 и др.]).

4. Скорость выделения теплоты при повышении Рвпр возрастает как в период топливоподачи, так и в течение определенного промежутка времени после ее окончания. Только в конце сгорания этот параметр не зависит от давления впрыскивания.

Проведенная в заключение проверка влияния повышения Рвпр на показатели рабочего процесса опытного дизеля показала: при Рвпр=38 МПа индикаторный расход топлива равен 178 г/кВт-ч, максимальное давление цикла - 8,3 МПа; при Рв„р=74 МПа эти параметры соответственно равны - 174 г/кВт-ч и 8,8 МПа.

Экспериментальные данные, приведенные в [74], позволяют авторам работы сделать следующие выводы:

1. Если продолжительность впрыскивания сокращается, а давление Рвпр растет при одновременном увеличении количества топлива, подаваемого в цилиндр с понижающимися скоростями, то условия смесеобразования ухудшаются, тепловыделение затягивается, а экономичность дизеля ухудшается.

2. В случае сокращения продолжительности впрыскивания при увеличении или сохранении среднего давления РВ1ф и одновременном уменьшении количества топлива, подаваемого с понижающимися скоростями, процесс смесеобразования и вторая фаза сгорания интенсифицируется и достигается улучшение экономичности.

3. Посредством комплексного изменения элементов топливной аппаратуры можно добиться повышения экономичности и снижения дымности отработавших газов.

В работе [73] описывается топливная система с изменяемыми характеристиками впрыскивания топлива и приводятся результаты испытания дизеля 12ЧН 14/14 с применением этой системы. Наибольший интерес представляют данные по повышению давления впрыскивания топлива до 110 МПа и сокращении его продолжительности, что повышает экономичность при весьма низком уровне содержания сажи в отработанных газах и умеренном для таких форсировок (pmi =1,7 МПа) значении ртах =11,9 МПа. Однако отмечается, что для осуществления данного эксперимента необходимо иметь топливную систему с гидрозапиранием иглы.

В работе [42] также отмечается, что для повышения давления впрыскивания необходимо гидрозапирание иглы, а при повышении давлений свыше 200 МПа - нужны системы с топливными аккумуляторами или насос-форсунками с гидравлическим приводом. Особо отмечено снижение токсичности отработанных газов при повышении Рвпр.

По результатам исследований [98] делается вывод, что повышение давления впрыскивания уменьшает длительность процесса сажеобразования, снижает токсичность отработавших газов.

В работе [97] исследован процесс сгорания в дизеле (s/d = 140/135; s = 16,5). Применена топливная аппаратура, обеспечивающая давление впрыскивания до 250 МПа. Делается вывод о положительном влиянии высокого давления впрыскивания на смесеобразование и сгорание в дизеле.

Результаты исследований фирмы Mitsubishi [110], которые проводились на одноцилиндровом дизеле (s/d = 140/130, s = 15,0), сводятся к следующему: впрыскивание топлива под высоким давлением (до 200 4- 250 МПа) способствует лучшему смесеобразованию. Реализация повышения давления требует оптимизации важнейших параметров, влияющих на смесеобразование и сгорание топлива (форма камеры сгорания, s, вихревое число, конструктивные особенности распылителя).

В работах [108, 111 и др.] исследовалось столкновение струи со стенкой. Показано, что при повышении Рвпр это столкновение приводит к повышению равномерности распределения испаренной фазы вдоль стенки.

Исследования влияния повышения давления впрыскивания на экологические показатели дизелей [98, 103, 109] показали снижение содержания сажи в отработавших газах. Установлено также, что выбросы NOx с отработавшими газами и продолжительность сгорания зависят от Рвпр и не зависят от диаметра распыливающих отверстий. С повышением давления впрыскивания в некоторых случаях незначительно росли выбросы NOx, а в некоторых случаях этого не наблюдалось. Вместе с тем снижение давления приводило к резкому повышению дымности, особенно при больших диаметрах распыливающих отверстий. Также отмечается, что уменьшение глубины камеры сгорания отрицательно сказывается на рабочем процессе.

В работах [87, 115] исследовались процессы развития топливной струи и их зависимость от давления впрыскивания Выводы сводятся к следующему: наибольшее влияние на скорость испарения и диаметр капель оказывают давление впрыскивания и число распыливающих отверстий. При повышении давления интенсифицируется аэродинамическое взаимодействие струи и окружающей среды.

Здесь же отмечается, что угол рассеивания струи увеличивается при увеличении значения Рвпр. Необходимо отметить, что исследования проводились не в условиях камеры сгорания или бомбы, а при впрыскивании топлива в емкость, где давление было равно атмосферному.

Результаты исследований [92], по повышению давления впрыскивания, проведенных на стандартной топливоподающей аппаратуре, говорят об улучшении сгорания с одной стороны и о повышении затрат мощности на привод ТНВД с другой. В итоге не было получено заметной топливной экономичности. Сделан вывод о существовании для каждого конкретного частного случая оп-

тимального давления впрыскивания, как компромисс между удельным расходом топлива, дымлением и выбросами Г\Юх. Также отмечается трудность достижения таких результатов на практике.

Проведенный обзор работ по изучению влияния давления впрыскивания топлива на основные показатели рабочего процесса дизеля подтвердил ранее сделанные выводы о том, что:

> увеличение Рвпр в большинстве случаев улучшает процесс смесеобразования и, как следствие, при этом возрастают экономические и экологические данные двигателя;

> для получения наибольшего эффекта от повышения давления впрыскивания топлива требуется его согласование с геометрией камеры сгорания, параметрами топливной аппаратуры и воздушного заряда (плотность, возмущение).

1.5. Выводы по обзору. Постановка задач исследования

1. На судах речного флота наибольшее применение получили дизели с объемным смесеобразованием, заметным недостатком которых является весьма существенная неравномерность концентраций топлива по сечениям топливных струй со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями. Таким образом улучшение качества струйного смесеобразования продолжает оставаться актуальной задачей как для дизелестроителей, так и для эксплуатационников.

2. Одним из наиболее приемлемых для судовых условий методов улучшения качества объемного смесеобразования является возбуждение в камере сгорания газодинамических колебаний при помощи специального профилиро-

вания верхней плоскости поршня. Этот способ достаточно прост в осуществлении и весьма эффективен в действии.

3. Газодинамические колебания улучшают как макро-, так и микросмесеобразование. Под их воздействием угол конуса струй будет увеличиваться, а капельная взвесь - испаряться более эффективно.

4. Испарение взвешенных в возмущенной газовой среде капель топлива имеет свою специфику. К сожалению работ в этой области мало и они не отражают всех особенностей данного сложнейшего физического процесса. Это позволяет утверждать, что исследования в этой области по прежнему злободневны.

5. Размывание топливной струи под действием газодинамических колебаний естественно должно привести к снижению ее длины, что может ухудшить качество смесеобразования (нарушится взаимодействие формы струи с геометрией камеры сгорания). Поэтому здесь требуется введение каких-то компенсационных мер.

6. В качестве компенсирующего мероприятия по увеличению длины топливной струи весьма рационально использовать метод, основанный на относительно небольшом повышении давления впрыскивания. Этот способ сам по себе улучшает качество смесеобразования (распыливание топлива становится более тонким и однородным, увеличивается угол конуса струи). Здесь весьма важной задачей является подобрать Рвпр.

7. Замена топливной аппаратуры с целью повышения давления впрыскивания топлива в эксплуатационных условиях весьма проблематична. Учитывая, что в нашем случае требуется относительно небольшое повышение величины Рвпр , решение поставленной задачи можно осуществить либо посредством увеличения диаметра плунжерных пар ТНВД, либо путем дополнительной затяжки пружины иглы распылителя. Второй метод предпочтительней, так как в этом случае используется штатная топливная аппаратура.

На основании сделанных по обзору выводов, можно сформулировать задачи данного исследования. Они сводятся к следующему:

1. Разработать математическую модель процессов движения и тепломассообмена капли топлива, взвешенной в возмущенной газовой среде.

2. На основе разработанной модели создать численный метод исследования динамики движения, прогрева и испарения взвешенной капли. Провести апробацию данного метода и, в случае необходимости, внести в него соответствующие коррективы.

3. Провести массовый вычислительный эксперимент по изучению закономерностей исследуемых процессов. Проанализировать полученный расчетный материал. Оценить влияние пульсаций среды на интенсивность фазовых превращений.

4. Оценить компенсационное воздействие повышения давления впрыскивания на длину топливной струи при возмущении воздушного заряда.

5. Экспериментально исследовать влияние возмущения среды на процессы испарения и горения закрепленных капель топлива.

6. При помощи лазерно-доплеровской технологии оценить влияние давления впрыскивания на параметры возмущения среды.

7. Экспериментально определить комплексное влияние возмущение воздушного заряда и давление впрыскивания топлива на экономические показатели дизеля.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Чадаев, Павел Константинович

4.4. Основные результаты исследования. Выводы

1. На базе двигателя 410,5/12 и электрического тормозного устройства создана экспериментальная установка для исследования влияния возмущения воздушного заряда на основные индикаторные показатели двигателя.

2. Используя принципы организации волнового движения в газовых средах, спроектирован и изготовлен специальный поршень, обеспечивающий возмущение воздушного заряда в цилиндре дизеля.

3. Проведена оценка погрешности, имеющих место при проведении испытаний дизеля. Показано, что этот показатель не выходит за пределы значений, регламентируемых ГОСТом.

4. В результате опытов, проведенных на двигателе 410,5/12, установлено, что выбранный метод возмущения воздушного заряда в дизеле является весьма действенным и относительно простым в осуществлении способом улучшения качества смесеобразования и повышения экономических показателей двигателя.

5. Отмечено, что с увеличением мощности пульсаций газовой среды наблюдается сокращение расхода топлива во всем исследуемом диапазоне нагрузок.

6. Наименьшее значение удельного индикаторного расхода топлива на дизеле 410,5/12 достигнуто на долевых нагрузках, что важно для оптимизации рабочего процесса судовых дизель-генераторов.

7. Специальные расчеты показали, что выбранный способ улучшения качества смесеобразования применительно к судовым дизель-генераторам экономически целесообразен. Все затраты, связанные с его реализацией, окупаются в течение 15 % продолжительности навигации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На примере Западно-Сибирского речного пароходства показано, что основным типом двигателей для судов речного флота являются дизели с объемным смесеобразованием.

2. Отмечено, что органическим недостатком дизелей с объемным смесеобразованием является переобогащение топливом сердцевины топливных струй. Это приводит к интенсивному сажеобразованию и, как следствие, к ухудшению экономических, мощностных и экологических показателей двигателей.

3. Для улучшения качества смесеобразования в дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива выбран способ дополнительного возмущения воздушного заряда, основанный на использовании специальным образом профилированных поршней. Возникающее при этом уменьшение длины топливной струи предложено компенсировать посредством увеличения давления впрыскивания топлива.

4. Разработаны математическая модель и численный метод исследования процессов движения, прогрева и испарения капель топлива, взвешенных в возмущенной воздушной среде. В отличие от известных исследований, здесь в математическое описание изучаемого явления введено уравнение движения частицы.

5. Посредством сравнения расчетных и опытных данных по испарению капель в спокойной среде произведена широкая апробация разработанного численного метода исследования процессов тепломассообмена. В результате этого была проведена коррекция последнего, после чего сопоставляемые материалы (опыт и расчет) стали соответствовать друг другу вполне удовлетворительно.

6. В результате анализа материалов вычислительного эксперимента установлены основные закономерности движения и тепломассообмена капель, взвешенных в возмущенной газовой среде. В частности дана оценка влиянию на эти процессы таких факторов как параметры возмущения среды, размеры капель, сорт топлива и др.

7. Посредством обработки расчетного материала получена новая (более точная) формула для определения скорости обдува капель, взвешенных в возмущенной среде.

8. При помощи специальных опытов по изучению влияния акустических колебаний на испарение и горение единичных закрепленных капель установлены некоторые закономерности этих процессов. В частности показано, что динамика равновесного испарения и горения частиц топлива различны.

9. На основе лазерно-доплеровского анемометра создана экспериментальная установка для изучения параметров возмущения среды в топливно-воздушной струе. В частности установлено, что с увеличением давления впрыскивания топлива частота и амплитуда пульсаций скорости движения частиц растут.

10. Путем анализа, проведенного на основе расчетной методики A.C. Лышевского, установлено, что посредством относительно небольшого (в интервале 3.5 МПа) увеличения давления Рвпр впрыскивания топлива возможна полная компенсация сокращения длины струи, получаемого под действием возмущения среды.

11. В результате опытов, проведенных на двигателе 410'5/i2 установлено, что использование профилированных поршней для дополнительного возмущения воздушного заряда, совместно с небольшим увеличением значения Рвпр является действенным способом улучшения качества смесеобразования и повышения экономических показателей двигателя. Ухудшения динамических характеристик дизеля при этом не обнаружено.

12. Экономические расчеты показали, что использование профилированных поршней для судовых дизель-генераторов вполне целесообразно. Все затраты, связанные с этим мероприятием, окупаются в течении -1/6 навигации. В техническом отношении такую модернизацию может осуществить любой судоремонтный завод.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чадаев, Павел Константинович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Аввакумов A.M., Чучкалов И.А., Щелоков Я.М. Нестационарное горение в энергетических установках. -Л.: Недра, 1987. - 159 с.

2. Алипа В.Л. Сокращение расхода смазочного масла в судовых дизелях (на примере АСК «Ленское объединенное речное пароходство»). Диссертация на соискание ученой степени канд техн. наук. Новосибирск, 1998. -110 с.

3. Астанский Ю.Л. Совершенствование процесса смесеобразования среднеоборотных дизелей путем форсирования процесса впрыскивания топлива//Двигателестроение. -Л.: 1990. №3 -с.9-11.

4. Астанский Ю.Л. Топливная система высокого давления дизеля с автоматическим регулирования давлений начала и конца впрыскивания. //Двигателестроение. 1984. -Л.: №12 -с. 29-32.

5. Астахов И.В. Физические основы процесса впрыска топлива в дизелях //Автомоторные ДВС./ Тр. МАДИ. -М.: 1979 , -с. 37-52.

6. Астахов И.В., Трусов В.И., Хачиян A.C. и др. Подача и распыливание топлива в дизелях, М.: Машиностроение, 1971 -359 с.

7. Балакин В.Н., Еремеев А.Ф., Селинов Б.Н. Топливная аппаратура быстроходных дизелей. -Л.: 1967. -299 с.

8. Белоусов П.Я. и др. Лазерно - доплеровский анемометр с адаптивной временной селекцией и визуализацией вектора скорости //Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1990. -М.: Вып.4, -с. 24-28.

9. Блок измерительный быстропеременных сигналов ИВК «Цикл-би»./ Техническое описание и инструкция по эксплуатации. СО ВАСХНИЛ, Новосибирск. 1985. -73 с.

Ю.Блохов И.Л., Погребинский Е.З., Ланцов В.В. Повышение экономичности малоразмерных дизелей типа 49,5/11 и дизель - генераторов на их базе

//Улучшение технико-экономических и экологических показателей отечественных дизелей/ Тр. ЦНИДИ. -Д.: 1988, -с.45-52.

11 .Браславский М.И. Судовые дизель-генераторы малой мощности. -JL: Судостроение, 1968, -174 с.

12.Вырубов Д.Н. О методике расчета испарения топлива, /Труды МВТУ, вып.25, -М.: 1954.-с. 17-31.

13.Гаврилов Б.Г., Гулин Е.И., Лесников А.П., Новикова Т.А. Химические основы термофорсирования двигателя Дизеля/ЖПХ, т.36. вып.23, 1963. - с. 4654.

14.Данщиков В.В. Совершенствование процессов получения и сжигания эмульгированного дизельного топлива в высокооборотных дизелях. Дисс. на соискание учен. степ. канд. техн. наук. -Л.:, 1991. -196 с.

15.Двигатели внутреннего сгорания [сборник статей] т.т. 1-5, -М.-Л.:, ОНТИ 1936-1939 (Монографии из иностранной литературы) Т.1-1936.

16.Дизели. Справочник. /Под общей редакцией В.А. Ваншейда, H.H. Иванченко, Л.К. Коллерова, Издание 3-е, переработанное и дополненное, -М.: Машиностроение, 1977. -480 с.

17.Дизель 4410,5/13 и дизель-генераторы. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 452.02.77ТО - В/О Энергомашэкспорт СССР, М.: -251 с.

18.Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктов сгорания. М-Л.: Госэнергоиздат, 1962. -288 с.

19.Дьяченко Н.Х., Костин А.К., Пугачев Б.П. и др. Теория двигателей внутреннего сгорания, -Л.: Машиностроение. 1974. -552 с.

20.Ермаков В.Ф. Исследование влияния температуры топлива на рабочий цикл быстроходного двигателя с воспламенеием от сжатия. /Автореф. дисс. на соискание уч. степ. канд. техн. наук, -Л.: 1956,-16с.

21.3авлин М.Я. Современное состояние и задачи дальнейших исследований смесеобразования в дизеле //Двигателестроение. JI: 1991. №5. -с. 52-56.

22.3авлин М.Я. Влияние давления впрыскивания топлива на смесеобразование и характеристику выделения теплоты в дизеле //Двигателестроение.-Д.: -1991. №8, 9, -с. 24-27.

23.3ахаренко Б.А. Теория корабельных турбопоршневых двигателей. -Д.: ВМОЛА. 1966. -540 с.

24.Киселев М.П., Казачков Р.В., Бершова И.В. Исследование особенности процесса колебаний в рабочем объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания //Процессы смесеобразования и сгорания в быстроходных двигателях внутреннего сгорания. -М.: 1973. -с. 87-91.

25.Кузнецов В.М., Мунин А.Г. Исследование акустических характеристик турбулентных струй //Акустический журнал. - 1981. Т.27, №6. -с. 906-913.

26.Кузнецов В.М., Мунин А.Г. Связь акустических и турбулентных характеристик дозвуковой струи. //Турбулентные струйные течения: Материалы третьего Всесоюзного научного совещания по теоретическим и прикладным аспектам турбулентных течений. Таллин, 1979. 4.1. -с. 42-49.

27.Кукушкин В.Л., Романов С.А, Свиридов Ю.Б. Экспериментальное исследование с помощью голографии структуры нестационарной струи распыленного дизельного топлива, -Д.: Двигателестроение, 1989 г., №2. -с. 3-7.

28.Кутовой В.А. Впрыск топлива в дизелях. -М.: Машиностроение. 1981. -119с.

29.Лазерный доплеровский анемометр с адаптивной временной селекцией (ЛДА ABC). Техническое описание и инструкция по эксплуатации. СО АН СССР. Институт теплофизики. Новосибирск. 1990. -68 с.

30.Лебедев Б.О. Снижение расхода масла на угар в судовых дизелях. Дис. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук, Л.: 1986, -190 с.

31.Лебедев О.Н. Влияние турбулентности среды на закономерности конвективного теплообмена и испарения взвешенных капель жидкости. /Труды НИИВТа, вып. 63, Новосибирск. 1971. -с.20-28.

32.Лебедев О.Н. Исследование и повышение эффективности объемного смесеобразования в судовых четырехтактных дизелях. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: Новосибирск, 1978. -404 с.

33.Лебедев О.Н. Методы улучшения смесеобразования в судовых четырехтактных дизелях. Пособие для студентов и аспирантов. Новосибирск. 1973. -100 с.

34.Лебедев О.Н., Численное исследование испарения неподвижной капли топлива, взвешенной в газовом потоке. /Известия СО АН СССР, серия техн. наук. №13, вып. 3. Новосибирск. 1976. -с.92-100.

35.Лебедев О.Н., Антонов В.Е., Данщиков В.В. Некоторые закономерности испарения капель дизельного топлива и его ВТЭ //Совершенствование судовых энергетических установок. Новосибирск, 1990. - с. 13-25.

36.Лебедев О.Н., Марченко В.Н. О влиянии давления на динамику испарения капли топлива. //Известия СО АН СССР, серия техн. наук, № 8, вып.2, 1981. -с. 12-75.

37.Лебедев О.Н., Пичурин A.M. Исследование структуры топливно-воздушной струи при помощи лазерного доплеровского анемометра. //Сб. научных трудов НГАВТ. - Новосибирск. 1994. -110 с.

38.Лебедев О.Н., Пичурин A.M. Влияние формы распыливающих отверстий форсунки на длину топливной струи. //В сб. «Техническая эксплуатация энергетических установок речных судов. Новосибирск, НИИВТ, 1992. -131 с.

39.Лебедев О.Н., Сомов В.А., Сисин В.Д. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях, Л.: Судостроение. 1988. -106 с.

40.Лебедев О.Н., Сомов В.А, Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. - М.: Транспорт, 1990. -328 с.

41.Лебедев О.Н., Юр Г.С. Экспериментальное исследование развития то-пливно-воздушного факела в цилиндре дизеля.// Судовые силовые установки и механизмы. Новосибирск. 1979. Вып. 146, - с.60-63.

42.Легошин Г.М., Васильев А.Н. Топливная система дизеля свервысокого давления. В кн. Пути повышения эффективности в эксплуатации автомобилей., Саратовский политехнический институт. Саратов, 1992 , с. 37-40.

43.Лышевский A.C. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. -М.: Машгиз, 1963. -163 с.

44.Лышевский A.C. Закономерности дробления жидкостей механическими форсунками давления. Новочеркаск. 1961. -126 с.

45.Лышевский A.C. Движение жидких капель в газовом потоке. //Изв. ВУЗов -М.: Энергетика, 1963, №7, -с.

46.Льюис Б., Пиз Р.Н. , Тейлор Х.С. Аэродинамика больших скоростей и реактивная техника, Госфизматгиз, М., 1961.-е.

47.Мазинг В.Е., Хачиян A.C. Исследование совместного влияния за-ширмления впускных клапанов, числа и размера отверстий в распылителе форсунки на рабочий процесс быстроходных дизеля. //Тр. НАМИ., вып.62. -М.: 1964. -с. 46-71.

48.Марченко В.Н. Исследование процесса испарения капель моторного топлива в условиях камер сгорания судовых дизелей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новосибирск, 1978, -172 с.

49.Марченко В.Н. О возможном подходе к исследованию испарения капли жидкости при высоких температуре и давлении газовой среды. //Труды НИИВТ, вып. 121, Новосибирск. 1976. -с.13-31.

50.Марченко В.Н. О влиянии давления среды на скорость испарения жидкой капли. //Сб. научн. тр. НИИВТ. Вып. 146. Новосибирск. 1976. -с. 54-60.

51.Нагибин В.М. Исследование влияния предкамерного способа закрутки рабочих газов в цилиндрах на эффективные показатели двигателя 4417,5/24.

/Судовые силовые установки и механизмы //Труды НИИВТ. Вып. 146. Новосибирск. 1979. -с.64-70

52.Нагибин В.М. О влиянии предкамерного способа закрутки рабочих газов в цилиндрах на процесс сгорания тяжелого топлива. // Судовые силовые установки и механизмы. Тр. НИИВТ - 1979. Вып. 146, -с. 146-150.

53.Некоторые исследования гидродинамики струи жидкости, вытекающей из сопла под давлением до 1500 атм. ЖТФ /Л.Ф. Верещагин, A.A. Семер-чан, А.И. Фирсов и др. т.26, 1956. Вып.11. - с. 2570-2577.

54.Николаев А.Г. Экспериментальные исследование развития топливно-воздушного факела при прерывистом впрыске. В кн. Применение ЭВМ на водном транспорте. Новосибирск. НИИВТ, 1980. Вып. 151, -с.38-42.

55.Патрахальцев H.H. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления. //Двигателестроение, 1980, № 10, -с.33-38.

56.Панасенков М.С. О влиянии турбулентности жидкой струи на ее рас-пылевание. //ЖТФ. 1959. т. 29. вып.1. -с. 14-17.

57.Писчаненко В.В. Исследование динамики вихреобразования в плоской цилиндрической камере с диаметрально направленной осесимметричной струей //Научн. Тр./ОВИМУ. -М.: 1956. вып.2., -с. 12-31.

58.Писчаненко В.В. Об особенностях смесеобразования в цилиндре тихоходного судового двигателя большой мощности. //Научные труды ОВИМУ, вып.1., 1955, -с. 3-7.

59.Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В. и др. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение. 1964, -526 с.

60.Рыжков А.П. Выбор и обоснование направлений сокращения расходов на топливо в речных пароходствах (на примере АООТ «Западно-Сибирское речное пароходство»). Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новосибирск. 1995. -137 с.

61. Самарский A.A. Что такое вычислительный эксперимент?// Наука и жизнь. -1989. - №2. -с. 27-32.

62.Свистула А.Е. Снижение расхода топлива и вредных выбросов дизеля воздействием на рабочий процесс присадки газа к топливу. Автореферат дис. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук., -Л.: 1987. - 16 с.

63.Селиверстов В.М., Браславский М.И. Экономия топлива на речном транспорте. -М.: Транспорт, 1983. -231 с.

64.Семенов Б.Н., Копов А.П., Ломов С.И. Результаты форсирования дизеля 849,5/10 по частоте вращения до 3000 мин"1. //Улучшение технико-экономических показателей отечественных дизелей. /Тр. ЦНИДИ, -Л.: 1988, -с. 53-62.

65.Семенов Б.Н. Павлов Е.П. Копцев В.П. Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности. - Л.: Машиностроение. 1990. -240 с.

66.Семенов В.Н. Иванченко Н.Н Задачи повышения топливной экономичности дизелей и пути их решения //Двигателестроение. 1990. №11, -с.3-7.

67.Семенов Е.С. Исследование турбулентного движения газа в условиях поршневого двигателя. //Сб. «Горение в турбулентном потоке», Изд-во АН СССР. -М.: 1959, -с. 141-167.

68.Семенов Е.С., Соколик A.C. Исследование турбулентного движения газа в условиях поршенвого двигателя. //Известия АН СССР. 1958., №8, с. 130134.

69.Семидетнов Н.В. Анализ характеристик топливного факела как объекта исследования лазерным доплеровским методом. Двигателестроение. №12, 1983.-c.5-8.

70.Совершенствование технической эксплуатации судовых дизельных энергетических установок. Учебное пособие. /О.Н. Лебедев, С.А. Калашников, Л.А. Шеромов, В.Д. Сисин и др. Под ред. С.А. Калашникова. - Новосибирск. НИИВТ. 1996.-356 с.

71.Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Под ред. И.П. Голяминой. М.: Советская энциклопедия, 1979. -400 с.

72.Ханин Н.С., Токарь В.В. Исследование турбулентности воздушных потоков в цилиндрах автомобильных турбопоршневых дизелей. //Двигателестроение. JL: 1981. №11,-с. 12-14.

73.Хачиян A.C., Багдасаров И.Г. Топливная система с изменяемыми характеристиками впрыскивания //Двигателестроение, -JI.: 1986, №7, -с. 23-26.

74.Хачиян A.C., Лабецкас Г.С. Влияние характеристик впрыска и распиливания топлива на процесс тепловыделения и показатели дизеля с наддувом. //Двигателестроение, -Л.: 1982, №6, -с. 7-11.

75.Хачиян A.C. Гальговский В.Р., Никитин С.Е. Доводка рабочего процесса автомобильных дизелей. -М.: Машинистроение. 1976. -105 с.

76.Эфоре В.В. Влияние скорости движения воздушного заряда в камере сгорания на показатели дизеля. Д37М. //Тракторы и с/х машины., М.: №10, 1963 г.-с. 14-18.

77.Юр Г.С. Влияние смесеобразования на динамику тепловыделения в судовых дизелях. Автореферат дис. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук. -Л.: 1984.-16с.

78.Юр Г.С. Двигатель внутреннего сгорания. Патент РФ №2033539. За-явл. 16.12.87. Опубл. 20.04.95. Бюл. №11, 2 с.

79.Юр. Г. С. Двигатель внутреннего сгорания. Патент РФ. № 1379474. За-явл. 24.06.86. Опубл. 07.03.88. Бюл. №9, 2 с.

80.Юр Г.С. Анализ газодинамического состояния воздушного заряда в камерах сгорания ДВС. //Повышение уровня технической эксплуатации судовых дизелей /Сб. научных трудов. -Новосибирск. НИИВТ, 1987, -с.23-28.

81.Юр Г.С. Влияние газодинамических колебаний воздушной среды на горение капель жидкого топлива.// Динамика судовых механизмов и систем с упругими звеньями. -Тр. НИИВТ, Новосибирск, 1987, -с. 23-28.

82.Юр Г.С., Хатеев О.Г. Исследование камеры сгорания высокооборотного дизеля с газоструйным излучателем акустического поля на тяжелом топливе. //Повышение уровня технической эксплуатации судовых дизелей. - Тр. НИИВТ, Новосибирск, 1987, -с.21-30.

83.Юр Г.С. Влияние акустических колебаний на динамику стационарной топливно-воздушной струи II Повышение технической эффективности и технической эксплуатации СЭУ. - Новосибирск, 1982, -с. 102-105.

84.Юр Г.С., Петриченко И.Н. Плесовских А.А. Исследование рабочего процесса дизеля с камерой сгорания в поршне при работе в режиме пульсаци-онного горения.// Совершенствование судовых энергетических установок. —Сб. научн. трудов. - Новосибирск, НИИВТ., 1990, -с. 53-56.

85.Юр Г.С., Зубинин С. А. Частотные характеристики осциляции воздушного заряда в камерах сгорания дизелей. //Дизельные энергетические установки речных судов. -Новосибирск. 1994. -с.36-41.

86.Юр Г.С., Зубинин С.А. Влияние газодинамических колебаний воздушного заряда на индикаторные показатели дизеля с камерой сгорания в поршне. //Дизельные энергетические установки речных судов. Новосибирск. 1993. -с.53-56.

87.Arai М., Tobata М., Hiroyasu Н., Shimuzu М., Disintegrating prozess and spray characterization of fuel injected by a diesel nozzle //"SAE Techn. Pap. Ser.",1984, N840275.

88.Baneriah G. Status of same current research in jet noise // AIAA Journal, -1978., Vol. 16. N9. P. 887-888.

89.Borne William a., Townend Donald T.A. Flame and conbustion in gases. London, Longmans, Green and Co. 1927, 548 p.

90.Branl F. Reverencis J., Cartellieri W. Turbulent air flow in the combustion Bowl a D.J. Diesel Engine and its Effect on engine Performance. SAE Paper, 790040, 1979, 28 p.

91. Catania A.E., Miffica A. Induction system effects on small-scale turbulence in a high speed diesel engine// Trans ASME. J. Eng. Gas Turines and Power, 1987, 109. N4 p. 491-502.

92.Decker Rolf, Schmoler Rudolf Ein flup der Kraftstoffhandruck - einschpri-tung aufdilver brennung im Diesel-motor// MTZ Motortech. Z. 1990 - 51. N9. P.338-394

93.Espey C., Pinson I. Litzinger T. Swirl effects on mixing and flame evolution in a research DI diesel engine// SAE Tech. Ser. 1990. - N902076.

94.Fuel System - diesel Engine Design series. - Automotive Engineres, 1997. V.2., N6, p.31-33.

95.Grignton D.S. Jet noise and effects of jet forsing // Lect. Noties Phis - 1981 -Vol 136-p. 340-262.

96.Internal pinte nozzle. Oil Engine and Gaz Turbine, 1964, N 371, p. 32-34.

97.Kamimoto T. et al Effect of highpressure injection on soot formation in rapid compression machine to simulate Diesel flames//SAE techn. Pap. Ser. - 1987. -N871610 p. 1-9.

98.Kato T., Tsujimura K., Shintany M, Minami T., Yamaguchi I. Spray characteristics and combustion improventent of DI diesel engine with high pressure fuel injection // SAE Techn. Pap. Ser. - 1989 - N890265 p. 15-25

99.Kynioshi M. et al. Investigations on the characteristics of diesel Fuel Spray //SAE Techn. Pap. Ser. - 1980 - N 800968p 77-93.

100. Lighthill M.J. On sound generation aerodinamically, Part II, Turbulence as a souree of sound. Proc. Rog. Sos. Ser. A, 1954, V222, N 1148.

101. Minami T., Yamaguchi I., Shntani M. Analysis is of fuel spray characteristics and combustion phenomena under high pressure fuel infection //SAE Techn. Pap. Ser. 1990. №900438, pp 1-12.

102. Murayama Tadashi, Oh Young-taig, Kido Akihiro, Chikahisa Takemi, Miyamoro Noburu Effects of super heating of heary fuels on combustions and performance in DI diesel engines // SAE Techn/ Pap. Ser., 1986, N 860306, 8 p.

103. Nakakita Kigomi, Kondor Termiak, Watanabe Satoshi «Влияние давления впрыскивания топлива и диаметра сопловых каналов на сгорание и токсичность дизеля» //Trans. Jap. Soc.Mech. Eng. В - 1994 - 60N577, с. 3198-3206 (цит. По РЖ ДВС, 1995, №8).

104. Parker R.F. Future fuel injection reguirements for mobile equipement diesel engines. - Diesel and Gas Turbines progress. J. 1976, v.42. N10

105. Патент Великобритании 971912, Magnetics drain plugs / S. M. Moriya -M К И B2 N7459/61 заявл. 23.08.81; опубл. 04.09.83.

106. Патент США 3264509 Device for treating flowing fluids // Moriya Sabaro Miyata,заявл. 03.05.65.

107. Scharnweber D.M., Happie L.O. Hipergelic combustion in an internal combustion engine // SAE Techn. Pap. Ser., 1985, N 850089, 7 p.

108. Singal S.K., Pundir B.P., Mehta P.S., Gupta A.K. Modeling of spray -swirl interaction chracteristics // SAE Techn. Pap. Ser. 1989 -N 891914., p.1-23.

109. Shio Masahiro, Ito Satoru, Yamane Koj I., Ikegami Makoto «Изучение процесса образования сажи в дизеле» // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. В. -1995 -61, N 581 (цит. По РЖ ДВС, 1996, №3)

110. Shimado Taizo, Shoji Takeshi, Tekeda Yoshinaka «Влияние давления впрыскивания на рабочие характеристики дизеля» // SAE Techn. Pap. Ser. -1989,-N891919. P. 1-10 (цит по РЖ ДВС, 1990, №2)

111. Suzuki Mamori, Nishida Kilya, Miroyashu Hiroyuki «Экспериментальное исследования структуры струи при впрыскивании ее на стенку» // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. В. -1993 - 59, N 568 с. 4038-4045 (цит. По РЖ ДВС, 1994, №5)...

112. Varde K.S., Popa D.M. Diesel fuel spray Penetration at High Injection Pressures // SAE Techn. Pap. Ser. - 1983 -N 830448- p.14

113. Van Basshussen, Kramer G., Bander R. Influence of swirl intensity and air flow on mean effective pressure and exhaust gas emission of a small high speed DI diesel engine //Diesel engines Passanger cars and Light Duty Vehicles. Count, London, 5-7 Oct. 1982 , London, 1982 p. 165-170.

114. Yamagichi Ikuo, Nakahiro Toshio, Komori Vfsahori, Kobayashi Shihjifn An image analisis of high speed combustion photographs for DI diesel engine with high pressure fuel injection //SAE Techn/ Ser/ - 1990- N 901577 p.1-13.

115. Yang Y.C., Choi Y. K., Ryoh H.S. Evaporating spray simulation in a direct injection model engine //Heat Transfer, 1994, Proc 10 th. Int Heat Transfer Count Brington, 14-18 Aug 1994 Vol. 7 - Rugby. 1994 - c. 36-38.

л»»

«УТВЕРЖДАЮ»: ';" Генеральный директор ОАО «Западно-Сибирское речное пароходство»

А РТА 1999 г.

ИА.Рагулин

АКТ

научно-технической комиссии о внедрении результатов диссертационной работы Чадаева П.К. «Првышение экономичности судовых дизелей посредством улучшения объёмного смесеобразования»

Комиссия ЗСРП в составе: главного инженера ОАО «ЗСРП» Мехова В.В., начальника службы судового хозяйства Кононова А.Ф., главного механика Цуканова Ю.М. рассмотрев материалы диссертационной работы Чадаева П.К. отмечает: п

1. Диссертационная работа Чадаева П.К. является составной частью комплекса работ, проводимых НГАВТ и ЗСРП по снижению расхода топлива в судовых дизельных энергетических установках.

2. Исследования диссертанта убедительно показали, что предлагаемый способ улучшения объёмного смесеобразования является одним из наиболее эффективных методов повышения экономичности судовых дизелей.

3. Результаты . диссертационной работы приняты к внедрению в ; ЗСРП. При применении данного метода на вспомогательных дизелях типа 4410,5/13 модернизационные работы окупаются за время, равное 1/6 навигационного времени.

Председатель комиссии, главный инженер ОАО «ЗСРП»

Члены комиссии: начальник ССХ ОАО «ЗСРП:

главный механик ОАО «ЗСРП»

Мехов В.В. Коновалов,-. А'.Ф.

;'<',,.-г,г

п Л 4 4 *

Цуканов Ю.М.