1.5 Особенности сгорания ТВС при добавке водорода
В работах отечественных и зарубежных авторов [14, 23, 100 и др.] приводится экспериментальный материал, позволяющий заключить, что добавки водорода являются одним из эффективных методов управления процессом горения в тепловых двигателях на традиционных топливах, обеспечивающим повышение их топливной экономичности и снижением токсичности ОГ.
Широкие концентрационные пределы, низкая энергия воспламенения, высокая реакционная способность водорода позволяют направленно воздействовать на свойства бензовоздушных смесей, добавляя в них определенное количество водорода.
Тем самым осуществлять качественное регулирование рабочего процесса, сохраняя его энергетическую эффективность на высоком уровне, при этом значительно сократить токсичность, по сравнению с работой на чистом бензиновом топливе.Исследования, проведенные в Волгограде и Украине [100, 124] показали, что при прочих равных условиях увеличение добавка водорода приводит к увеличению максимального давления в цикле. Это более заметно в области бедных смесей и уменьшается по мере обогащения. Также в [123] было показано, что межцикловая нестабильность тем меньше, чем больше доля добавляемого водорода в смеси. При этом было получено, что даже незначительные добавки водорода (до 3%) увеличивают интенсивность тепловыделения и повышают полноту сгорания топлива. Это становится более заметйЬ н^шгобщщсенршшведутся активные исследования влияния добавки водорода на процесс сгорания, токсичность и экономичность работы двигателя [72, 73, 74, 82].
В исследованиях показано, что добавка водорода вносит свои особенности в процесс сгорания: значительно расширяет пределы устойчивого горения, уменьшает задержку воспламенения (первую фазу), увеличивает скорость распространения пламени во второй и третьей фазах сгорания, снижает токсичность ОГ по СН, изменяет токсичность по N0. Следует отметить, что увеличение количества добавляемого водорода более (6-8%) по массе топлива снижает
его эффективность как активизирующей добавки.
Происходит как бы замещение одного топлива другим. Эксперименты, как правило, проводились при изменении параметров ТВС на входе и определение характеристик работы двигателя на выходе, крутящий момент, токсичность и т.п. Каким образов изменяются параметры процесса сгорания при добавке водорода в ТВС - скорость распространения пламени, длительность сгорания и его отдельных фаз - практически не рассматривались. Не определены закономерности, связывающие токсичность ОГ и экономичность работы двигателя со скоростями распространения пламени.Современные исследования по образованию токсичных компонентов в ОГ показали существование зависимостей их концентрации со средними скоростями сгорания. Так концентрация оксидов азота может оцениваться по средней скорости распространения пламени в основной фазе, а несгоревших углеводородов в третьей, что показано в работах П.В. Ивашина, J.B. Heywood и др.
Создание двигателей использующих в качестве альтернативного топлива бензовоздушные смеси с малыми добавками водорода требует знания не только качественного, но и количественного воздействия на основные параметры процесса сгорания и особенно скорость распространения пламени при изменении свойств ТВС за счет добавки водорода.