УТОЧНЕННАЯ МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ПОРШНЕВОМ ДВС И ЕЕ ИДЕНТИФИКАЦИЯ

REFINED MODEL FOR THE FORMATION OF NITROGEN OXIDES IN A RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ITS IDENTIFICATION

Maxim Fomich

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

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В данной работе мы определим модель образования оксидов в поршневом ДВС.

ABSTRACT

In this paper, we will define a model for the formation of oxides in a reciprocating internal combustion engine.

Ключевые слова: токсичность, параметризация, моделирование, токсичность дизеля, ДВС, дизель.

Keywords: toxicity, parameterization, modeling, diesel toxicity, ICE, diesel.

Множественные экспериментальные и теоретические данные свидетельствуют, что определяющий брутто-токсичность двигателя по NO_x оксид азота NO образуется исключительно в пламенной зоне горящего рабочего тела. В каждый момент активного горения объем этой зоны сравнительно невелик (доли процента от полного объема, занимаемого рабочим телом), зато температура в ней на T_плам ≈ ѕ Т_ад ≈ 2200 К превышает среднюю по КС. Вследствие чрезвычайно резкой температурной зависимости реакция образования NO протекает с сильным преимуществом в пламенной зоне: несмотря на ничтожный относительный объем последней, именно в ней происходит наработка всего NO. Кинетика наработки NO в пламенной зоне ДВС с погрешностью 30 % описывается предложенным Я.Б. Зельдовичем уравнением

.                                                     (1)

В уравнении (8) T(φ) – средняя температура рабочего тела; Q – относительное тепловыделение; A – константа, размерность и значение которой зависят от выбора единиц измерения концентраций реагентов. Это уравнение пригодно для оценок токсичности поршневых ДВС по NО.

Естественное уточнение (1) состоит в добавлении к правой части слагаемого, ответственного за гибель NO в ходе догорания-расширения. Физически осмысленной формой релаксационного слагаемого служит

,                                           (2)

где n – порядок реакции гибели NO.

Практически имеет смысл ограничиться двумя реалистичными ситуациями – гибелью оксида азота в моно- и бимолекулярных реакциях. Одновременно следует учесть, что равновесные концентрации NO в условиях ДВС оказываются на два порядка ниже фактических, что позволяет считать [NO]|_{равн. при T = T(φ)} ≈ 0. Таким образом, получаем два сценария внутрицилиндровой брутто-кинетики NO: согласно первому

,                      (3)

второму –

.                   (4)

Базой надстроечных моделей (3)–(4) служат получаемые путем интегрирования кинетических уравнений горения углеводородов в воздухе эволюционные кривые P(φ), T(φ), Q(φ) и [O](φ). Небольшое число и отсутствие среди них кинетических кривых, отвечающих горению углеводородов, служат обоснованием применяемой нами техники наращивания модели. Фигурирующие в моделях (3)–(4) константы A и B (конечно, для моделей (3) и (4) они имеют разные численные значения) являются параметрами, величину которых следует выбрать из условия наилучшей аппроксимации имеющихся в распоряжении экспериментальных данных по NO_x-токсичности ДВС. Чем больше первичных факторов или показателей используется при определении констант A и B, а также чем шире диапазоны их вариации (прямое произведение всех варьируемых факторов в конечных диапазонах изменения назовем параметрическим полигоном), тем более осредненным и, вероятно, неточным окажется получаемый с ее помощью прогноз для конкретной машины. Однако нас это не должно смущать.

Список литературы:

1. Беднарский, В.В. Экологическая безопасность при эксплуатации и ремонте автомобилей / В.В. Беднарский. – Ростов н/Д: Феникс, 2003.– 216 с.
2. Кульчицкий, А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей / А.Р. Кульчицкий. – М.: Академический проект, 2004. – 292 с.
3. Загороднюк, В.Т. Компьютерные средства обучения безопасности жизнедеятельности: учеб. пособие / В.Т. Загороднюк, Е.Н. Ладоша, О.В. Яценко. – Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. – 160 с.