Исследование сажевыделения в тракторном дизеле, работающем на биотопливе

Обоснование. С одной стороны, дизельный двигатель, работающий на жидком топливе нефтяного происхождения, является надежной основой для тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин, а с другой стороны реалии современного времени заставляют нас думать и об экологической составляющей этих дизельных двигателей, и, кроме того, не забывать про экономию того самого невозобновляемого нефтяного моторного топлива. С целью снижения антропогенного воздействия на природные экосистемы и оценки дымности отработавших газов тракторного дизеля, работающего на этаноле и рапсовом масле, в работе рассмотрена современная модель образования в нем сажесодержания.

Цель работы — разработка современной модели сажевыделения в тракторном дизеле, работающем на этаноле и рапсовом масле, для оценки дымности отработавших газов и снижения антропогенного воздействия на природные экосистемы.

Материалы и методы. Для моделирования процессов образования и выгорания частиц сажи в тракторном дизеле объем камеры сгорания условно был разделен на несколько зон (показатели сажесодержания в различных зонах складывались), а цикл вычислений уровня дымности отработавших газов включал несколько этапов (определение давления, интегральной и дифференциальной характеристик тепловыделения, осредненной температуры рабочего тела, показателей топливоподачи и скорости испарения топлива, локальных коэффициетов избытка воздуха, состава газов, концентрации продуктов разложения и окисления рапсового масла и этанола, количества частиц сажи, массы дисперсного углерода, скорости перехода частиц в зону выгорания).

Результаты. Разработанная математическая модель позволяет рассчитать концентрацию сажи и основных компонентов газовой смеси в реакционной зоне камеры сгорания и содержание сажи в отработавших газах при различных скоростных и нагрузочных режимах работы тракторного дизеля, получить ценную информацию о динамике протекания основных этапов образования и выгорания сажи в цилиндре при работе тракторного дизеля на этаноле и рапсовом масле. Получены и представлены результаты численного моделирования образования и выгорания сажи в цилиндре тракторного дизеля при работе на дизельном топливе, этаноле и рапсовом масле.

Заключение. На основании разработанной современной модели сажевыделения в тракторном дизеле, работающем на этаноле и рапсовом масле, проведена оценка его дымности отработавших газов, наглядно показывающая снижение в 3,4–3,8 раза в сравнении с работой на дизельном топливе. Представленная методика расчёта сажевыделения тракторного дизеля может быть использована при многозонном моделировании и исследовании таких внутрицилиндровых процессов как тепловыделение, теплообмен и др. Точность вычислений по предложенной модели характеризуется совершенством математических алгоритмов, описывающих скорость испарения топлива, развития топливного факела, определения локальных температур, скорости распространения пламени, локальный состав газов в цилиндре и др.