Применение водородосодержащих добавок
Особое место среди активизирующих добавок, используемых в двигателях, занимает водород. Высокая эффективность его воздействия на рабочие процессы двигателя связана, в первую очередь, с очень высокой нормальной скоростью сгорания водорода. Так, если нормальная скорость сгорания парафиновых углеводородов – 32–37 см/с, ароматических – 38,5 см/с, циклических углеводородов – 35 см/с, то водорода – 267 см/с.
Важно и другое свойство этого газа – проявление промотирующего (активирующего) эффекта в актах превращений углеводородов, которое уже широко используется в технологиях химического производства.
Применительно к дизелям рассматривается возможность использования водорода как самостоятельный вид топлива (здесь дизельное топливо используется только в качестве запального), так и в качестве присадки к основному топливу. При этом отмечается улучшение экономических и экологических показателей дизеля как при работе с большим количеством добавок водорода (до 5% по массе), так и при небольших добавках (0,02–0,1%). При добавке 1,5 г/(кВт • ч) водорода экономия топлива составляет 18 г./(кВт • ч), а при добавке 9 г/(кВт • ч) водорода – 37 г./(кВт • ч).
В общем случае эффективность активирования топливно-воздушной смеси водородом или газовыми смесями, содержащими водород, зависит от относительного содержания водорода и газодинамического состояния реагирующей среды, которые определяют временную протяженность и пространство активированной зоны камеры сгорания, а также суммарный эффект активации по выходным характеристикам двигателя, определяющим его экологические и экономические показатели. В результате воздействия активирующих добавок условная (кажущаяся) энергия активации основной массы топливно-воздушной смеси, характеризующая ее реакционную способность, уменьшается, так как уменьшаются реакции самозарождения, требующие больших энергий активации.
Анализ кинетического влияния химически активных продуктов, в частности водорода, на процесс горения показал, что их воздействие эффективно как для богатых, так и для бедных углеводородно-воздушных смесей. Таким образом, в дизеле, где воспламенение носит многоочаговый характер, присутствие в смеси активных продуктов уменьшает термодинамическую (температурную) неоднородность среды вследствие расширения пространства самовоспламенения и увеличения числа очагов воспламенения.
Механизм промотированного самовоспламенения и сгорания углеводородно-воздушных смесей в поршневых двигателях, особенно в дизелях, изучен недостаточно. Однако теория и практика исследования гетерогенного катализа в промышленных химико-технологических системах показывает, что процессы активации молекул окисления углеводородов весьма чувствительны к воздействию даже незначительного количества активных компонентов. Поэтому введение в топливно-воздушную смесь даже небольшого количества реакционно-активных продуктов в виде водородосодержащих газов позволит оптимизировать процесс рабочего цикла дизеля.
Кинетический механизм воздействия водородосодержащих газовых смесей, к которым можно отнести и продукты конверсии метанола, используемых в качестве промотирующих добавок в дизеле, малоисследован. Однако, опираясь на теории химической кинетики и катализа, можно предположить качественный характер их воздействия.
Из теории сгорания известно, что большинство химических реакций углеводородного топлива имеют цепной характер, а ведущую роль в реакции играют химически активные частицы, легко вступающие в соединение с исходными или промежуточными продуктами реакции, возобновляя процесс.
Рассмотрим один из возможных вариантов зарождения и развития цепи химических реакций, где водород является основным возбудителем.
При взаимодействии молекулы водорода с активным радикалом происходит следующее разложение:
Н
+ R = Н + Н + R
Атомы, образовавшиеся в ходе диссоциации водорода, являются возбудителями цепи химических реакций:
- реакции разветвления
- реакция продолжения
Данные реакции составляют повторяющуюся последовательность. Один цикл выражается равенством:
Здесь один атом водорода порождает три новых, т.е. происходит саморазгон реакции, которая в зависимости от условий (концентрации вещества, температуры и т.д.) может быть различной, но в любом случае водород будет являться возбудителем цепной реакции. Даже небольшое количество водорода может оказать эффективное воздействие на процесс предпламенной стадии рабочего цикла и формирование закона сгорания в дизеле.
Динамика протекания начальной стадии сгорания в значительной степени связана с продолжительностью задержки воспламенения и количеством топлива, подготовленного к воспламенению за этот период.
Актуальное на сайте:
Подбор технологического оборудования
Основное технологическое оборудование подбирается по табелям технологического оборудования, справочникам и каталогам, можно использовать также каталог нестандартного оборудования, разработанного и выпускаемого научно-производственным объе ...
Охрана труда на шиномонтажном участке
Охрана труда и техника безопасности – это комплекс мероприятий и соответствующих приемов выполнения работ, обеспечивающих сохранение здоровья трудящихся на производстве.
Основы техники безопасности по ремонту и техническому обслуживанию ...
Теория факторов производства
Экономическая теория делит все производственные ресурсы на три категории:
1. труд как фактор производства;
2. капитал — весь накопленный запас средств, необходимых для производства материальных благ;
3. земля (или природные ресурсы). С ...
Автомобильные дизельные топлива