Галиев Ильдар Ринатович — канд. техн. наук, доцент
190121, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3
Galiev Ildar Rinatovich — Ph.D., Associate Professor
190121, St. Petersburg, st. Lotsmanskaya, 3
Статья посвящена изучению закономерностей сжигания бедных метановоздушных смесей в судовых двигателях внутреннего сгорания. Выполненный обзор литературы показал, что реализация технологии сжигания гомогенной бедной метановоздушной смеси позволит повысить степень сжатия, снизить расход топлива и улучшить экологические показатели двигателя. Однако, из-за увеличения пропусков зажигания и снижения скорости распространения пламени, сжигание бедных метановоздушных смесей остается пока нерешенной задачей. В статье изучено влияние коэффициента избытка воздуха (от 1 до 1,4) на режим турбулентного горения (оцениваемый критериями Карловица и Дамкелера), а также полноту и скорость сгорания топлива. Выявлено, что обеднение топливовоздушной смеси в условиях интенсивной турбулентности приводит к увеличению критерия Карловица и уменьшению критерия Дамкелера, что свидетельствует об уменьшении скорости химических реакций во фронте пламени. В результате процесс сгорания характеризуется растяжениями и разрывами фронта пламени. Поэтому для интенсификации сгорания бедных метановоздушных смесей целесообразно увеличивать среднюю скорость вихревого потока, а не интенсивность турбулентности. Изучение влияния коэффициента избытка воздуха на полноту и скорость сгорания топлива показало, что обеднение смеси приводит к уменьшению полноты сгорания топлива с 93,5 % (при α = 1) до 83 % (при α = 1,4). Значения скорости сгорания также уменьшается, а их максимальные значения смещаются с 13° (при α = 1) до 24° (при α = 1,4) градусов после верхней мертвой точки. Сделан вывод о том, что для эффективной работы двигателя на бедных смесях необходимо увеличивать скорость сгорания топлива за счет дополнительной закрутки газовоздушной смеси или применения промоторов горения.
The article is devoted to the study of the patterns of combustion of lean methaneair mixtures in marine internal combustion engine. Literature review shows that the implementation of combustion technology for a homogeneous lean methaneair mixture will increase the compression ratio, reduce fuel consumption and improve the environmental engine performance. However due to an increase in misfires and a decrease in the speed of flame propagation, the combustion of lean methaneair mixtures remains an unresolved problem. The article studies the influence of the excess air coefficient (from 1 to 1.4) on the turbulent combustion regime (assessed by the Karlowitz and Damkoehler criteria), the completeness and rate of fuel combustion. It was revealed that depletion of the air fuel mixture under conditions of intense turbulence leads to an increase in the Karlowitz criterion and a decrease in the Damköhler criterion. This indicates that the rate of chemical reactions in the flame front decreases, as a result of which the combustion process is characterized by stretching and rupture of the flame front. Therefore, to intensify the combustion of lean methaneair mixtures, it is advisable to increase the average speed of the vortex flow, and not the intensity of turbulence. A study of the influence of the excess air coefficient on the completeness and rate of fuel combustion showed that depletion of the mixture leads to a decrease in the completeness of fuel combustion from 93.5 % (at α=1) to 83 % (at α=1.4). The combustion rates also decrease and their maximum values shift from 13° (at α=1) to 24° (at α=1.4) degrees after top dead center. Therefore for efficient engine operation on lean mixtures, it is necessary to increase the fuel combustion rate through additional swirling of the gasair mixture or the use of combustion promoters.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.