УНИВЕРСИТЕТ КВЕБЕК

1 UNIVERSITÉ DU QUÉBEC DOCTORA T ПРЕДСТАВЕН В УНИВЕРСИТЕТА КВЕБЕК В ТРОЙ-РфВИЙРЕС КАТО ЧАСТИЧНО ИЗИСКВАНЕ НА ДОКТОРАТА в Rngénjerje, ПРЕДЛОЖЕН В РАЗШИРЕНИЕ ПО ПРОТОКОЛ ОТ СПОРАЗУМЕНИЕТО ОТ КВЕБАЙТРАФИНГ СМЕСИ НОЕМВРИ 2014г

2 Université du Québec à Trois-Rivières Library service Предупреждение Авторът на тази дисертация или дисертация е упълномощил Université du Québec à Trois-Rivières да разпространява, с нестопанска цел, копие от неговата дисертация или дисертация. Това разпространение не води до отказ от страна на автора на неговите права на интелектуална собственост, включително авторски права, на тази дисертация или дисертация. По-специално възпроизвеждането или публикуването на цялата или важна част от тази теза или теза изисква нейното разрешение.

4 iii микропроцесор на същия двигател. Разработен е аналитичен подход, основан на модела на Wiebe и са проведени тестове на двигател с малък работен обем, работещ върху смес от компресиран природен газ и водород. Тази теза е плод на работата, произтичаща от това партньорство, и представлява основата на обещаваща изследователска ос, която със сигурност ще бъде преследвана. lx Yves Dubé Директор на дипломна работа x Lotfi Toubal Директор на съ-дисертация

6 Тази теза е плод на работата, произтичаща от това партньорство, и е в основата на обещаваща изследователска ос, която със сигурност ще продължи в бъдеще. v

8 Vil M. Demagna Koffi, редовен професор и директор на Катедрата по машиностроене (председател на журито), г-н Yves Dubé, редовен професор и директор на бакалавърската програмна комисия към Катедрата по машиностроене (директор на научните изследвания), г-н Лотфи Тубал, професор в катедрата по машиностроене, професор (съдиректор на научните изследвания) и г-н Уалид Ги, редовен професор и директор на модула на инженерното училище в UQA T (външен оценител). Бих искал да изразя искрените си благодарности на г-жа Ани Жирар, служител по възнагражденията в uqtr, г-жа Isabelle Dupuis, научен служител в uqtr, г-н Marc-André Hainse, пенсиониран от uqtr и г-н Jean Couillard, отговорен за спомагателните услуги към uqtr, че ме подкрепи. Отново благодаря на моите приятели Othmane Bekkaoui, докторант от университета McMaster и на Michel Loic, доктор по електротехника, за приятното им приятелство и подкрепа в трудни моменти. Посвещавам тази работа на: -Целото ми семейство и най-вече единствената ми дъщеря Саурния, защото без тяхната подкрепа и тяхната увереност никога не бих успял да завърша тази работа! -Benaceur Benchohra -Tribe de Larbaa

9 Vlll "Мисля, че един ден водородът и кислородът ще бъдат неизчерпаемите източници, осигуряващи топлина и светлина" Жул Верн - Тайнственият остров, 1874 г.

10 IX СЪДЪРЖАНИЕ Резюме. ii Резюме iv Благодарности vi Съдържание ix Списък на публикациите xiv Списък на фигури xv Списък на таблици xix Номенклатура xx Глава Въведение Общ контекст. Цел на изданието Методология Структура на дипломната работа. 5 Част 1. Състояние на техниката Глава Основни понятия Двигател с вътрешно горене (вътрешно горене) Дизелови двигатели (запалване чрез компресия) Бензинови двигатели (принудително запалване) Двигатели с природен газ Водородни двигатели II 2.6 Смесен дизелов двигател/природен газ (NGV) Двигатели с водород/въглеводородни смеси. 15

11 x 2.8 Референции Глава Литературен преглед Водородни двигатели Ненормално горене в двигатели Образуване на смес за горене Стратегии за контрол на натоварването Прегледи на водородни двигатели Прегледи на аналитични модели Двигател, зареден с чист природен газ Добавяне на водород към природен газ Смес от водород/компресиран природен газ Смес от метан с водород Скорости на разпространение на пламъка Времена на самозапалване Получени химически видове и предварително смесени пламъци Смес на водород с втечнен нефтен газ Двигатели с външно горене Синтез на прегледа на литературата Позовавания Част II. Чисти алтернативни горива в МКБ Глава Продукти от изгарянето на газов двигател Резюме Въведение Анализ на публикациите Цел на изследването Избор на броя на неизвестните по метода на Зелдович-Полами

12 Xl 4.4 Описание на метода за изчисление (според Квасников) Метод за изчисляване на емисиите на азотни оксиди. III 4.6 Сравнение на резултатите от изчисленията с експерименталните данни Заключения Позовавания Глава Дизелов двигател, преобразуван в принудителна аспирация Газов двигател Абстракт Въведение Експериментална настройка Изпитателен стенд на двигателя Математически модел Избор на степен на компресия и максимално налягане на зареждане Многокритериална оптимизация на параметрите за настройка Резултати от оптимизационното търсене и изграждането на характеристичните карти Резултати от тестове на двигателя 6G4SS13/Определяне на средната емисия на токсично съединение s, симулиращо с 13-модов, стабилен ESC цикъл на изпитване Заключения Позовавания Глава Процес на горене на искров запален водород горивен двигател Резюме Въведение Експериментална настройка Резултати и дискусия Анализ и математическо моделиране на процеса на изгаряне на

13 Xll водород Заключение Позовавания Част III. Алтернативни горива, смесени в ICD Глава Двигател с малък работен обем, работещ със смес от природен газ и водород Резюме Въведение Анализ на публикации, свързани с това изследване Цел на изследването Изпитателен стенд Общи разпоредби на изчислителния модел Метод за избор на степен на компресия Решаване на проблема с оптимизация на параметрите-регулатори на двигателя 4GCH7.5/7.35, работещ с горивна смес Избор на интервал на изменение на факторите при решаване на задачите за оптимизация на параметрите-регулатори на двигателя Резултати от изследването Картографии Основни технологични и икономически параметри на двигателя Заключения Позовавания Част IV. Двигател с външно горене Глава Двигатели с външно горене Резюме Въведение

14 X1l1 8.3 Експериментална настройка Теоретичен модел Резултати и дискусия Заключение Референции Глава Заключения и перспективи Анализ на чистите алтернативни горива в MCI Анализ на алтернативни горива, смесени в MCI Анализ на двигатели с външно горене Перспективи ПРИЛОЖЕНИЕ A ПРИЛОЖЕНИЕ B ПРИЛОЖЕНИЕ C

15 XIV СПИСЪК НА ПУБЛИКАЦИИ Член 1: Метод за изчисляване на равновесния състав на продуктите от горенето с газов двигател с искрово запалване/Maamri R, Abramtshuk FI, Kabanov A, Dubé Y., Toubal L., Kodjo A// Eastern European Journal of Enterprise Technologies, Харков Украйна № 5/6 (53) - 63 стр - стр. Член II: R Maamri, F. 1. Abramtshuk, A N. Kabanov, MS Lipinsky, Y. Dubé, L. Toubal, A Kodjo. Изследване при коригиране на параметрите на дизелов двигател, преобразуван в двигател с принудителна аспирация, American Journal of Vehicle Design, 2013, Vol. 1, № 1, член III: Р. Маамри, А. П. Марченко, О. О. Осетров, Й. Дюбе, Л. Тубал, А. Коджо. Анализ и математическо моделиране на процеса на изгаряне на запалена с искрово запалване с искрово гориво, двигател Американски вестник за проектиране на превозното средство, 2013, кн. 1, № 2, член IV: Избор на параметри за изпълнение на лекотоварен двигател, работещ на смес от природен газ и водород/Маамри Р., Абрамчук Ф.И., Кабанов А, Дюбе Ю., Тубал Л., Коджо А// Автомобилен транспорт, Харков Украйна No pp Член V: R Maamri, WG Dyatshenko, A 1. Варонков, OU Linkov, YN Nikitenko, Y. Dubé, L. Toubal, A Kodjo, Развитие на двигатели с външно горене, American Journal of Vehicle Design, 2013, Полет. 1, No. 2,25-29.

1Н 2 във въздуха. Кръст: 35% H2, кръгове: 25% H2, триъгълници: 15% H2, квадрати: 5% H2, диаманти: 0% H2; характеристики: моделиране (Coppens, [12]) Сравнение на експерименталните скорости на пламъка на CH 4 и C смеси

/ 20% H2, CHJ40% H2, Tini = 298 K, P = 1 атм, (1: Yu et al., [123], 2: Halter et al., [130], 3: Coppens et al., [ 91]) Сравнение на времената на запалване за стехиометричната метан-въздушна смес, използвайки уравнението на Опенхайм с различни концентрации на водород при 1 атм. Символи, които обозначават експерименталните резултати: (0, метан, чист

18 XVll Фигура 5.5 Фигура 5.6 Фигура 5.7 Фигура 5.8 Фигура 6.1 Фигура 6.2 Фигура 6.3 Фигура 6.4 Фигура 7.1 Фигура 7.2 Фигура 7.3 Фигура 7.4 Фигура 7.5 Фигура 7.6 Фигура 7.7 Фигура 7.8 Фигура 8.1 Фигура 8.2 Фигура 8.3 Характеристична карта за e Външната високоскоростна характеристика на двигателя 6GCHN13/14: --- принудителна аспирация; естествена аспирация Изменение на емисиите на двигателя 6GCHN13/14 от натоварване (n = 1500 min-]): естествена аспирация; --- принудителна аспирация Изменение на емисиите на 6GCHN13/14 от натоварване (n = 2100 min-]): естествена аспирация; --- принудителен аспирация Схематичен изглед на тестовите съоръжения.: Избор на wiebe експонента m (a) и продължителност на изгаряне

19 XV1l1 Фигура 8.4 Фигура 8.5 Влияние на налягането на продуктите от горенето ps в зоната, разположена над буталото, върху посочените параметри на двигателя с външно горене при a = Влияние на вариацията на съотношението въздух към гориво a в горивната камера, върху посочените параметри на външния двигател с вътрешно горене atps = 5 MPa

20 X1X СПИСЪК НА ТАБЛИЦИТЕ Таблица 2.1 Емисии на токсични замърсители в зависимост от добавянето на водород в природния газ Таблица 3.1 Смеси от природен газ, избрани за директно впръскване Таблица 3.2 Спецификации на двигателя Таблица 3.3 Резултатите, получени с новата концепция на двигателя спрямо тези на прототипа газ двигател Таблица 3.4 Спецификации на двигателя Таблица 3.5 Таблица 3.6 Таблица 5.1 Таблица 5.2 Таблица 5.3 Обобщение на експерименталните условия на работа, свързани със скоростите на пламък метан/водород Първоначални състави на анализирани пламъчни структури CHJH2 и анализирани видове изпитвания с двигател с принудителна аспирация 6GCHN13/14 с изпитвателен цикъл ESC Резултатите от изпитвания двигател 6GCH13/1 4 с естествен аспиратор с изпитвателен цикъл ESC Таблица 6.1 Съответни характеристики на двигателя Таблица 7.1 Интервал на изменение на параметрите на двигателя по време на r разрешаване на проблеми с оптимизацията на параметрите - регулатори на двигателя Таблица 7.2 Резултати от тестове, проведени на двигателя според цикъла ESC

22 XXi LIT LNTU MEMS NASA YMP Lund Технологичен институт Луцк Национален технически университет Микроелектромеханични системи Национална аеронавтика и космическа администрация Ярославска химия на моторни заводи Ar CH 4 C 2 H 6 C 3 Hg C 4 H lo CO 2 H 2 HC HFC GN N 2 0 OH Аргон Метан Етан Пропан Бутан Въглероден диоксид Водород Неизгорени въглеводороди Хидрофлуоровъглероди Природен газ Азотен оксид Радикален хидроксил Ad av C c Car de H HC ini N th, спирачка toi Ml pe \ oi2r Advance Advance Carbon Supercharging (компресор) Гориво. Детонационна ефективност Водород Водород и въглерод Химически видове Първоначално ламинарно азот Turbuente Теоретична спирачка Толерирани продукти на горенето на пеперуди Променливи геометрични параметри D Диаметър на отвора [m] L Ход на буталото [m] S Площ [m 2] V o Обем на цилиндъра [m 3] V t Моментален обем на зареждане [m 3] V c Обем на разреждане [m 3]

23 XXIl Коефициент на изпускане на изходящия клапан Площ на изпускателния клапан Бутален квадрат Коефициент на изпускане на входящия клапан Площаж на изпускателния клапан Съотношение на компресия Брой цилиндри Механичен M e N e Ефективен въртящ момент Ефективна мощност Честота на въртене на коляновия вал Движение ъгъл при запалване [Име] [kw] [min-i] Термодинамика и горене Co VC AfR ge gno x G shh

24 XXlll x dx/dej> a. llth, спирачка llv AT

'Xoc Производителност на химичните видове i Количество изгорено гориво Скорост на горене Коефициент на излишен въздух Теоретична ефективност Коефициент на пълнене Коефициент на излишен въздух Моларна маса на въглеродния атом Молекулярна маса на атома на водорода Молекулярна маса на азотния атом Моларна маса на кислорода атом Моларна фракция на водорода в горивото Съотношение на налягането на наддаване Автоматично запалване Заболяване Ъгъл на въртене Относителен ъгъл в началото на горенето,

30 6 експериментални. И накрая, ние уточняваме математическия модел на горивния цикъл с променлив индекс на изгарянето по Вибе на компресорен газов двигател, преобразуван от дизеловия двигател. Третата част (глава 7) представя резултатите от изследването на двигател с малък работен обем, работещ на смес от природен газ и водород, и картите на неговата микропроцесорна система за управление, като същевременно се посочва математическият модел на двигателя. Индекс на изгаряне на Wiebe. Представени са и резултатите от тестовете, проведени на този двигател. В последната глава описваме двигател с външно горене с искрово запалване, работещ на бензин, за който е разработен математически модел и е извършена числена симулация на 4-тактов цикъл. Този документ е придружен от две приложения: в приложение А статиите са представени в оригиналната им версия, т.е. на руски език. Приложение Б обобщава уебсайтовете, където публикуваните статии са споменати или цитирани.