МОДЕЛЬ ТЕРМОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ТОКСИЧНОСТЬ В ДВС

​MODEL OF THERMOCHEMICAL PROCESSES AND TOXICITY IN ICE

Ilya Milev

student, Department of Master’s Degree, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В данной работе проработана аппроксимированная модель термохимических процессов в двигатели.

ABSTRACT

In this work, an approximate model of thermochemical processes in engines has been developed.

Ключевые слова: аппроксимация, термохимический процесс.

Keywords:  approximation, thermochemical process.

Моделирование экологических показателей в ДВС можно основать на представлениях термохимии и трехзонной неоднородности топливно-воздушной смеси. Совокупный показатель вредности выхлопных газов – приведенный удельный выброс Е (усл. г/кг топл.) вычисляется как взвешенная с учетом относительной агрессивности A_i сумма удельных выбросов e_i (г/кг топл.)  химических компонентов:

.                                                       (1.1)

Использованные в расчетах агрессивности A_i нормированы по СО (A_СО = 1) и составляют соответственно: A_СН = 3.16, A_NОx = 41.1, A_SОx = 22, A_Pb = 22400, A_ТЧ = 200–300 в зависимости от сорта топлива.

Известно, что рассчитанные в предположении однородного топливно-воздушного заряда концентрации продуктов неполного сгорания и побочных продуктов окисления воздуха занижены.

Если предположить, что топливно-воздушная смесь делится на три однородные зоны: 1) зону с номинальным коэффициентом избытка воздуха  в которой сгорает x-я часть топлива (0 < x < 1); 2) зону с коэффициентом избытка воздуха  = 0.7, где сгорает 1/2(1 - х) доля топлива; и 3) зону с коэффициентом избытка воздуха , где сгорает остаток топлива. Итоговая концентрация i-го компонента в ОГ рассчитывается по формуле:

<c_i> = 1/2(1 - х) c_i ^0.7 + x c_i ^a +1/2(1 - х) c_i ^{2a -0.7}  ,                        (1.2)

где верхний индекс при   соответствует локальному коэффициенту избытка воздуха. Для вычисления х можно использовать зависимость:

х = th(τ_ch/τ_gd) ,                                                   (1.3)

где  и являются характерными временами химического окисления заряда и его перемешивания.

Определение дымности ОГ в рамках модели производится методом верхнеей оценки. Тогда для коэффициента ослабления света выхлопными газами K справедлива формула

К ~ С_ТЧ/2λ = 10⁶ С_ТЧ [м^–1] ,                                         (1.4)

где С_ТЧ = С_С + С_S – объемная доля ТЧ в ОГ. Пересчет значения в принятые при экологической диагностике единицы дымности Д [%] производится по формуле:

Д = [1 – e^–0.43K]^.100%  .                                              (1.5)

Используются различные подходы к определению химического состава рабочего тела, в т.ч. ОГ. Простейшие из них основаны на моделях химического равновесия. В основе моделей химического равновесия следующие предположения: 1) система реагирующих веществ консервативна; 2) газовая фаза суть идеальна; 3) жидкая и твердая фазы представляют собой чистые вещества или идеальные растворы; 4) молярные теплоемкости компонентов с_Р не зависят от температуры. Формирование конкретных моделей термохимии осуществляют двумя способами. Первый основан на минимизации совокупного изобарно-изотермического потенциала для физико-химической системы. Второй опирается на алгоритмы решения систем уравнений термодинамического равновесия. Следует отметить, что эти уравнения, используемые во втором подходе – следствия уравнений, используемого в первом.

Этот более общий подход основан на решении следующей системы алгебраических уравнений:

,    i = 1, ... I ,             (1.6)

 ,              j = 1, ... J                                             (1.7)

совместно с уравнением состояния газа. В уравнениях (1.30)-(1.31) k_i – равновесное количество i-го химического компонента в КС, , - число атомов j-го элемента в i-м компоненте; b_j – молярное содержание j-го элемента в КС; Ф_i  и  – соответственно приведенная энергия Гиббса и теплота образования i-го компонента из простых веществ в стандартных условиях; – множители Лагранжа.

Список литературы:

1. Автомобильные и тракторные двигатели.: В 2 ч. Конструкция и расчет двигателей / под ред. И. М. Ленина. Учебник для вузов. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Высш. шк., 2006.