Численное Моделирование Влияния Структуры И Состава Суррогатных Дизельных Топлив На Снижение Скорости Зарождения И Образования Сажи В Камере Сгорания Дизеля

Abstract

Аннотация: Методом детального кинетического моделирования (ДКМ) исследовано влияние молекулярной структуры различных суррогатных углеводородных топлив на особенности начальной фазы процесса образования частиц сажи и величину задержки воспламенения в дизеле. Более легкие углеводороды (УВ) в модели представляет н-гептан (n-С7H16), а более тяжелые-гексадекан (С16H34). Класс нафтенов (циклоалканов) представляют декалин (С10Н18) и тетралин (С10Н12). На первом этапе исследовали влияние указанных выше УВ, вводимых по отдельности в базовое топливо. В качестве базового топлива использовались смеси н-гептана и гексадекана. Для него предварительно были рассчитаны величины выхода частиц образующейся сажи, периоды задержки воспламенения (ПЗВ), температуры и давления в виртуальной камере сгорания (КС) в положении, близком к верхней мертвой точке (ВМТ) поршня. Затем в исходную смесь поочередно вводились все испытываемые УВ различных химических классов и подклассов, чтобы определить индивидуальную активность по отношению к фазам зарождения и формирования твердых частиц сажи (ТЧ) (или заметной индифферентности). При добавлении ароматических УВ (бензола, нафталина и антрацена) зависимость задержки от концентрации добавки носит сложный нелинейный характер. С ростом концентрации добавки задержка воспламенения смеси базового топлива с добавкой нафталина уменьшается по сравнению с другими добавляемыми ароматическими УВ, при этом количество сажи, как правило, увеличивается. Более тяжелый ароматический УВ вызывает большее увеличение выхода частиц сажи. На втором этапе составлялись варианты суррогатных топлив для определения синергетического эффекта влияния вводимых в базовое топливо УВ (нафтенов, ароматических УВ и олефинов). Результаты численных экспериментов на данном этапе показали, что при раздельном введении указанных УВ в базовую смесь увеличение концентрации вводимых нафтенов заметно увеличивает содержание частиц сажи, но при этом уменьшает задержку воспламенения смеси. Такого рода численное моделирование позволяет наметить пути создания малотоксичных (по содержанию частиц сажи) суррогатных дизельных топлив (ДТ). Ключевые слова: кинетика воспламенения; кинетика сажеобразования; численное моделирование; суррогатные дизельные топлива; добавки нафтеновых, ароматических и олефиновых углеводородов; снижение сажеобразования