madiАвтомобиль. Дорога. Инфраструктура. = Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.2409-7217МАДИmadi-1202Research Article2.4.7. Турбомашины и поршневые двигателиХарактеристики распространения пламени при использовании альтернативных видов топлив в камере сгорания переменного объемаCharacteristics of the flame distribution using alternative types of fuels in the combustion chamber with variable volumeШайкинАлександр ПетровичShaikinAlexander P.

д-р техн. наук, проф.

Dr. Sc., professor

a_shajkin@mail.ruЕпишкинВячеслав ЕвгеньевичEpishkinVyacheslav E.

ст. преподаватель

senior lecturer

ts90@yandex.ruСеменовАнтон ВячеславовичSemenovAnton V.

аспирант

postgraduate

ts90@yandex.ruТольяттинский государственный университетРоссияTogliatti State UniversityRussian Federation20230606202302(36)2020Copyright © Шайкин А.П., Епишкин В.Е., Семенов А.В., 20232023Шайкин А.П., Епишкин В.Е., Семенов А.В.Shaikin A.P., Epishkin V.E., Semenov A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/1202

Представлены результаты экспериментального исследования средней скорости распространения пламени в основной фазе сгорания при использовании метана и бензина и при добавке водорода в эти виды топливно-воздушной смеси. Выполнена оценка изменения средней скорости распространения пламени. Получены графические зависимости средней скорости распространения пламени, показывающие различный характер их изменения для бензина и метана по составу ТВС. Максимум скорости распространения пламени для метано-воздушной и метано-водородно-воздушной смеси достигается при коэффициенте избытка воздуха, α, в районе 1,1, для бензовоздушной и бензо-водородно-воздушной смеси в области 0,85-0,9. Причём для бензина скорости пламени во всём диапазоне смеси выше.

При добавке водорода в количестве от массы 3 и 5 % для бензина, 5 и 10 % для метана скорости распространения пламени возрастают во всём диапазоне смеси с увеличением эффекта роста при обеднении смеси. Для бензовоздушной смеси добавка водорода более эффективна, чем для метана, в области α, превышающей 1,0.

Results of an experimental research of the average velocity of the flame distribution in the main phase of combustion using methane and gasoline and with the addition of hydrogen to these types of fuel-air mixture are presented. Evaluation of changes of the average velocity of the flame distribution is executed. Graphical dependences of the average velocity of the flame distribution which show different character of their changes for gasoline and methane from the composition of fuel-air mixture are obtained. The maximum of the velocity of the flame distribution for methane-air and methane-hydrogen-air mixtures is achieved at the excess air ratio α about 1,1 while for gasoline-air and gasoline-hydrogen-air mixtures in the α range of 0,85-0,9. Moreover, for gasoline velocity of the flame distribution is higher for the entire range of the fuel-air mixture. With the addition of hydrogen in an amount of 3 and 5 % by weight for gasoline and 5 and 10 % by weight for methane velocities of the flame distribution are increased for the entire range of the fuel-air mixture with the increase of the benefit with more the mixture is lean. For gasoline-air mixture the addition of hydrogen is more efficient than for methane at the range of α higher than 1,0.

альтернативные топливакамера сгоранияпеременный объёмсгораниефазапламяраспространениескоростьводороддобавкасоставсмесьсравнениеalternative fuelscombustion chambervariable volumecombustionphaseflamedistributionvelocityhydrogenadditioncompositionmixturecomparisonReferencesБортников, Л.Н. Экспериментальная и расчетная оценки эффективности применения водорода на автомобиле / Л.Н. Бортников, Д.А. Павлов, М.М. Русаков // Автомобильная промышленность. – 2013. – № 6. – С. 33-36.Bortnikov L.N., Pavlov D.A., Rusakov M.M. Avtomobilnaya promyshlennost, 2013, no. 6, pp. 33-36.Применение водорода для повышения полноты сгорания ТВС на режимах пуска и прогрева / Л.Н. Бортников, Д.А. Павлов, М.М. Русаков, В.В. Смоленский // Естественные и технические науки. – 2013. – № 1 (63). – С. 346-350.Bortnikov L.N., Pavlov D.A., Rusakov M.M., Smolenski V.V. Estestvennye i tehnicheskie nayki, 2013, vol. 1 (63), pp. 346-350.Шайкин, А.П. Влияние фундаментальных характеристик распространения пламени на полноту сгорания топлива / А.П. Шайкин, И.Р. Галиев, А.В. Бобровский // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2019. – № 2. – С. 78-89.Shaikin A.P., Galiev I.R., Bobrovski A.V. Izvestiya Rossiiskoi akademii nayk. Energetika, 2019, no. 2, pp. 78-89.Шайкин, А.П. Влияние скорости распространения и ширины зоны турбулентного горения пламени на концентрацию несгоревших углеводородов и полноту сгорания топлива в двигателе с искровым зажиганием / А.П. Шайкин, И.Р. Галиев // Вестник Московского государственного университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. – 2019. – № 4 (127). – С. 111-123.Shaikin A.P., Galiev I.R. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta im. N.E. Baumana. Seriya Mashinostroenie, 2019, vol. 4 (127), pp.111-123.Шайкин, А.П. О связи ширины зоны турбулентного горения с составом топлива, давлением, скоростью распространения и электропроводностью пламени / А.П. Шайкин, И.Р. Галиев // Журнал технической физики. – 2020. – Т. 9. – вып. 7. – С. 1064-1067.Shaikin A.P., Galiev I.R. Zhurnal tehnicheskoi fiziki, 2020, vol. 9, no. 7, pp.1064-1067.Характеристики распространения пламени и их влияние на образование несгоревших углеводородов и оксида азота в отработавших газах при добавке водорода в топливно-воздушную смесь энергетических установок с искровым зажиганием: монография / А.П. Шайкин, П.В. Ивашин, И.Р. Галиев, А.Д. Дерячев. – Самара: Издательство Самарского научного центра РАН, 2016. – 259 с.Shaikin A.P., Ivashin P.V., Galiev I.R., Deryachev A.D. Harakteristiki rasprostraneniya plameni i ih vliyanie na obrazovanie nesgorevshih uglevodorodov i oksida azota v otrabotavshih gazah pri dobavke vodoroda v toplivno-vozdushnuyu smes energeticheskih ustanovok s iskrovim zazhiganiem (Characteristics of the flame distribution and their influence on formation of unburned hydrocarbons and nitrogen oxides in exhaust gases with addition of hydrogen in fuel-air mixture of energy machines with spark ignition), Samara, Izdatelstvo Samarskogo nauchnogo centra RAN, 2016, 259 p.Дерячев, А.Д. Эмпирическая модель оценки концентрации оксидов азота при добавке водорода в ТВС двигателей с искровым зажиганием: специальность 05.04.02 "Тепловые двигатели": диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук / Дерячев Александр Дмитриевич. – Тольятти, 2015. – 150 с.Deryachev A.D. Empiricheskay model ocenki koncentracii oksidov azota pri dobavke vodoroda v TVS dvigatelei s iskrovim zazhiganiem (Empirical model of evaluation of nitrogen oxides concentration with addition of hydrogen in fuel-air mixture of spark ignition engines), Doctorsthesis, Togliatti, TSU, 2015, 150 p.Максимальное давление сгорания и его связь с характеристиками сгорания в двигателях с искровым зажиганием / А.П. Шайкин, А.Д. Дерячев, М.В. Сазонов, С.С. Хлопоткин // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2019. – № 3 (49). – С. 61-68.Shaikin A.P., Deryachev A.D., Sazonov M.V., Hlopotkin S.S. Vektor nauki Tolyattinskogo gosudarstvennogo universiteta, 2019, vol. 3 (49), pp. 61-68.Кузнецов, В.Р. Турбулентность и горение / В.Р. Кузнецов, В.А. Сабельников. – Москва: «Наука», 1986. – 288 с.Kuznecov V.R., Sabelnikov V.A. Turbulentnost i gorenie (Turbulence and combustion), Moscow, Nauka, 1986, 288 p.Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл ; перевод с англ. Г.Л. Агафонова ; под ред. П.А. Власова. – М.: «ФИЗМАТЛИТ», 2006. – 352 с.Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Combustion. Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation, 2006, 352 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.