4.2.3 Полуэмпирическая зависимость средней скорости распространения пламени во второй фазе сгорания
Известно, что концентрация оксидов азота по механизму Я.Б. Зельдовича, [70] В.А. Звонова, J.B. Heywood, I. Andersen в ОГ определяется температурой продуктов сгорания, концентрацией свободного кислорода и азота в зоне высокой температуры, а также временем их пребывания в зоне высокой температуры.
Уровень температуры продуктов сгорания, время пребывания и процесс расширения главным образом определяются средней скоростью распространения пламени во второй фазе. [40, 76, 151]Распространение пламени во второй фазе сгорания протекает в условиях крупномасштабной турбулентности, постоянно изменяющемся давлении, температуре и объеме в котором протекает сгорание. Формула Дамкелера - Карло- вица для скорости распространения турбулентного фронта пламени принята как базовая формула для средней скорости распространения пламени во второй фазе. В ходе получения математической зависимости средней скорости распространения пламени во второй фазе в программе MathCAD 2001 была получена полуэмпирическая формула, которая учитывает влияние физико-химических свойств смеси и режимных параметров работы двигателя на скорость распространения пламени во второй фазе сгорания: и, с/,
Уг _Un
- H (у
(лг—0-ю—Щ—шт+[У'
(4 16)
н
топл
-О 5526 - ( \ +1+ 2 и3 1-Й' i ил v3 V / где V2 - средняя скорость распространения пламени во второй фазе сгорания; U3 - средняя скорость пламени U в третьей фазе сгорания; U„ - средняя скорость поршня; Vg - Объем камеры в момент подачи искры; Va - полный объем цилиндра; Е - суммарное содержание
водорода в 1 кг ТВС; топл . содержание водорода в 1 кг смеси бензина и воздуха, а - коэффициент избытка воздуха.
Полученная формула для средней скорости распространения пламени во второй фазе сгорания учитывает в себе следующие параметры, влияющие на скорость распространения пламени:
U3 - средняя скорость пламени в третьей фазе сгорания, учитывает влияние состава смеси, а и добавки водорода, на ламинарную скорость распространения пламени которая оказывает значительное влияние на турбулентную скорость распространения;
UN - средняя скорость поршня, учитывает влияние скоростного режима работы, определяет интенсивность турбулентности ТВС во второй фазе сгорания; Vq /Va - отношение объем камеры в момент подачи искры к полному объему цилиндра, характеризует начальные условия для воспламенения смеси, учитывает влияние степени сжатия и угла опережения зажигания на скорость распространения пламени в первой и второй фазе;
I топл
топл .
отношение количества добавляемого свободного водорода к количеству связанного водорода содержащегося в бензине, оценивает влияние свободного водорода на скорость распространения пламени во второй фазе сгорания;а - коэффициент избытка воздуха.
Проверка адекватности полученной формулы для скорости распространения пламени в третьей фазе сгорания
На рисунках 4.14, 4.15 показаны экспериментальные данные и данные, полученные по формуле 4.16, для различных углов опережения зажигания, скоростных режимов работы двигателя и добавок водорода в ТВС.
На рисунке 4.14 представлено сравнение расчетных данных полученных по формуле 4.16 с экспериментальными данными средней скорости распро-
странения пламени во второй фазе сгорания, для режимов работы 600 и 900 мин'1, У03=13° и 19° ПКВ, без добавки водорода. В среднем расхождение расчетных значений с экспериментальными составляет менее 5%, так при а близких к 1 это составляет 0.8 м/с. Максимальное расхождение не превышает 8%. Что говорит, о высокой степени сходимости результатов расчета проведенных по полуэмпирической зависимости с результатами эксперимента, для двух скоростных режимов работы и углах опережения зажигания.
23 , . -т
21 г- g
19 т- -
17 t
"г 15 t
А А •
—?
—? ¦
>
13 , 11 т
9 т
т 1 3
1 5
09
1,1
1 4
08
1,2 Рисунок 4.14 - Средняя скорость распространения пламени во второй фазе сгорания, для частоты вращения п = 600 и 900 мин"1, УОЗ = 13 и 19° ПКВ, без водорода.
Рисунок 4.15 - Средняя скорость распространения пламени во второй фазе сгорания, для частоты вращения п=900 мин"1, У03=13° ПКВ, с добавкой водорода до 6% от массы топлива.
На рисунке 4.15 приведены расчетные и экспериментальные результаты средних скоростей распространения пламени во второй фазе сгорания, для скоростного режима 900 мин"1, У03=13° ПКВ, с добавкой водорода до 6% от массы топлива. В среднем расхождение расчетных значений с экспериментальными составляет менее 3%, так при а близких к 1 это составляет 0.6 м/с, а при а близких к 1.4 - 0.4 м/с . Максимальное расхождение не превышает 6%.
Таким образом, полуэмпирическая формула для средней скорости распространения пламени во второй фазе сгорания, показала удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными, при изменении скоростного режима работы, УОЗ и изменении состава смеси по а и добавкам водорода.