Моделирование рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием, питаемого безуглеродным топливом
Ван Зунг Нгуен, 
Андрей Юрьевич Дунин,
Эльмира Умяровна Ахметжанова,
Андрей Михайлович Петров,
Дмитрий Сергеевич Конюшков
Андрей Юрьевич Дунин,
Эльмира Умяровна Ахметжанова,
Андрей Михайлович Петров,
Дмитрий Сергеевич Конюшков Аннотация
В статье представлены результаты математического моделирования рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием при его работе на бензине и двух топливах, не содержащих углерод: водород и аммиак. Для проведения расчетного исследования применен программный комплекс, разработанный в МАДИ. Процесс тепловыделения в камере сгорания двигателя описывается моделью, предложенной Вибе. Для каждого из исследуемых топлив был определен показатель m кривой тепловыделения. Выбор величины m проводился из условия совпадения экспериментальных и расчетных данных по максимальному давлению цикла и наибольшей скорости нарастания давления. На втором этапе расчетных исследований оценивалось влияния на показатели рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием от перехода на водород и аммиак. Состав смеси в данном исследовании принимался стехиометрическим. С переходом на водород максимальное значение скорости тепловыделения возрастает на 17,5% по сравнению с бензином, в то время как на аммиаке она возрастает на 1,6%. Работа двигателя на аммиаке отличается наибольшим часовым расходом топлива, который в 2,6 раза выше, чем у бензина и в 6,2 раз – чем у водорода.
Ключевые слова
двигатель с искровым зажиганием,
безуглеродное топливо,
водород,
аммиак,
моделирование рабочего процесса
При поддержке: Финансовая поддержка отсутствует
Об авторах
Ван Зунг Нгуен
МАДИ
Россия
Россия
аспирант
Андрей Юрьевич Дунин
МАДИ
Россия
Россия
д-р техн. наук. доц.
Эльмира Умяровна Ахметжанова
МАДИ
Россия
Россия
аспирант
Андрей Михайлович Петров
МАДИ
Россия
Россия
аспирант
Дмитрий Сергеевич Конюшков
МАДИ
Россия
Россия
аспирант
Список литературы
1. Технология катализаторов / В. А. Таранушич, А. П. Савостьянов, С. И. Сулима [и др.]. – Новочеркасск : Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, 2012. – 100 с. – EDN VLUSBD.
2. Легасов, В.А. Водородная энергетика / В.А. Легасов // Природа. – 1977. – № 3. – С. 3-17.
3. Двигатели внутреннего сгорания: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство" направления подготовки дипломированных специалистов "Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования": в 3 книгах / В. Н. Луканин, К. А. Морозов, А. С. Хачиян [и др.]. Том Книга 1. – Издание 4-е, исправленное. – Москва: Издательство "Высшая Школа", 2010. – 479 с. – ISBN 978-5-06-006200-7. – EDN QMKJWF.
4. Meulenbelt, J. Ammonia / J. Meulenbelt // Medicine. – 2012. – Vol. 40, no. 2. –P. 94–95. – DOI: 10.1016/j.mpmed.2011.11.006.
5. Sarafraz, M. M. Sustainable three-stage chemical looping ammonia production (3CLAP) process / M. M. Sarafraz, F. C. Christo // Energy Conversion and Management. – 2021. – Vol. 229. – Art. No. 113735. – DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113735.
6. Low-temperature auto-ignition characteristics of NH3/diesel binary fuel: Ignition delay time measurement and kinetic analysis / Y. Feng, J. Zhu, Y. Mao, M. Raza, Y. Qian, L. Yu, X. Lu // Fuel. – 2020. – Vol. 281. – Art. No. 118761. – DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118761.
7. Frigo, S. Analysis of the behaviour of a 4-stroke Si engine fuelled with ammonia and hydrogen / S. Frigo, R. Gentili // International Journal of Hydrogen Energy. – 2013. – Vol. 38(3). – P. 1607-1615. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.10.114.
8. Bell, T. E.; Torrente-Murciano, L. H2 Production via Ammonia Decomposition Using Non-Noble Metal Catalysts: A Review / T. E. Bell, L. Torrente-Murciano // Topics in Catalysis. – 2016 – Vol. 59(15-16). – P. 1438-1457. – DOI: 10.1007/s11244-016-0653-4.
9. Ammonia for Hydrogen Storage: Challenges and Opportunities / A. Klerk, C. H. Christensen, J. K. Nørskov, T. Vegge // Journal of Materials Chemistry. – 2008. – Vol. 18(20). – P. 2304-2310. – DOI: 10.1039/B720020J.
10. Ferguson, C. R. Internal combustion engines: applied thermosciences / C. R. Ferguson. – New York : John Wiley & Sons; 2016. – 546 p.
11. Ryu, K. Performance enhancement of ammonia-fueled engine by using dissociation catalyst for hydrogen generation / K. Ryu, G. E. Zacharakis-Jutz, S.-C. Kong // International Journal of Hydrogen Energy. – 2014. – Vol. 39(5). – P. 2390-2398. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.11.098.
12. Ryu, K. Effects of gaseous ammonia direct injection on performance characteristics of a spark-ignition engine / K. Ryu, G. E. Zacharakis-Jutz, S.-C. Kong // Apple Energy. – 2014. – Vol. 116. – P. 206-215. – DOI: 10.1016/j.apenergy.2013.11.067.
13. Cornelius, W. Ammonia as an engine fuel / W. Cornelius, L. W. Huellmantel, H. R. Mitchell // SAE Technical Paper. – 1965. – Art. No. 650052. – DOI: 10.4271/650052.
14. Ammonia as a Spark Ignition Engine Fuel: Theory and Application / E. S. Starkman, H. K. Newhall, R. Sutton, T. Maguire, L. Farbar // SAE Technical Paper. – 1966. – Art. No. 660155. – DOI: 10.4271/660155.
15. Comotti, M. Hydrogen generation system for ammonia-hydrogen fuelled internal combustion engines / M. Comotti, S. Frigo // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – Vol. 40(33). – P. 10673-10686. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.06.080.
16. Ammonia/hydrogen mixtures in an SI-engine: Engine performance and anslysis of a proposed fuel system / C. S. Morch, A. Bjerre, M. P. Gottrup, S. C. Sorenson, J. Schramm // Fuel. – 2011. – Vol. 90(2). – P. 854-864. – DOI: 10.1016/j.fuel.2010.09.042.
17. A Hybrid Vehicle Powered by Hydrogen and Ammonia / G. Pozzana, N. Bonfanti, S. Frigo, N. Doveri et al. // SAE Technical Paper. – 2012. – Art. No. 2012-32-0085. – DOI: 10.4271/2012-32-0085.
18. Performances and pollutant emissions of spark ignition engine using direct injection for blends of ethanol/ammonia and pure ammonia / R. Pelé, P. Brequigny, J. Bellettre, C. Mounaïm-Rousselle // International Journal of Engine Research. – 2023. – doi: 10.1177/14680874231170661.
Рецензия
Рецензент: М.Г. Шатров, д-р техн. наук, проф., МАДИ
Просмотров:
185
