Сверхадиабатическое сжатие газовых смесей в баллистических установках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

На правах рукописи

НИКОЛАЕВ ВЛАДИМИР МИХАИЛОВИЧ

СВЕРХАДИАБАТИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В БАЛЛИСТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

01 04 17-Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Институте химической физики им Н Н Семенова Российской Академии Наук

Научный руководитель доктор физико-математических наук Шмелев Владимир Михайлович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук Слуцкий Владислав 1 ригорьевич

доктор технических наук Волов Вячеслав Теодорович

Ведущая организация Институт проблем механики РАН

Защита состоится "_"_2005г в "_" часов на заседании

диссертационного совета Д 002 012 02 при Институте химической физики им Н Н Семенова РАН по адресу 119991, г Москва, ул Косыгина 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химической физики им Н Н Семенова РАН

Автореферат разослан "_" апреля 2005 г

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук у ^ С ^ Фролов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Баттис^ические установки импульсного сжатия широко применяются для научных исследований и в технике Например, установки адиабатического сжатия со свободным поршнем используются для исследования задержек воспламенения топливно-воздушных смесей (TBC), моделирования процесса горения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и химическом реакторе сжатия (ХРС) Для получения "горячей" высокоплотной плазмы с температурой порядка 500О-15ОО0К при давлении до 1000 атм созданы баллистические плазмотроны Плазма с такими параметрами является источником мощного ультрафиолетового и видимого излучения и может быть эффективно использована для оптической накачки лазеров, обработки поверхности и закалки инструментов и т д Для получения гиперзвуковых потоков разработаны уникальные установки импульсного действия - гчперзвуковые >дарные трубы расширения, состоящие собственно из ударной трубы, трубы ускорения и сопла расширения (испытательной камеры), в которых для нагрева толкающего газа гелия применяется баллистический драйвер (компрессор) со свободным поршнем Основная проблема, связанная с необходимостью существенного повышения энергоемкости баллистических установок, увеличения температуры сжатия, может быть решена на пути оптимизации внутрибаллистического процесса и нахождения новых конструктивных решений

Баллистические установки циклического действия, к которым относятся и ДВС широко применяются в транспорте и энергетике Применительно к ДВС основные проблемы связаны с увеличением экономичности и удельной мощности двигателей, уменьшением выбросов вредных веществ в окружающую среду Решение данных проблем возможно на пути применения многостадийного (в частности, двухстадийного) сжатия газа или сжатия с внутренней рекуперацией тепла с увеличением энтропии - неизоэнтропического сжатия В таком процессе стадии сжатия разделены необратимым перепуском газа из одного объема в другой или внутренним подогревом газа, сопровождающимся увеличением энтропии Эффект увеличения температуры объясняется возможностью совершения над газом большей работы в результате промежуточных стадий сжатия до максимального давления Такое сжатие позволяет нагреть газ до более высокой температуры по сравнению с обычным "адиабатическим" сжатием и поэтому такой процесс можно определить как "сверхадиабатическое" сжатие При сверхадиабатическом сжатии возможно сжигание бедных смесей при более высокой температуре сжатия, достигаемой без изменения конечного давления сжатия, или возможно увеличение массы заряда в цилиндре без изменения конечных параметров сжатия

В последнее время в России и за рубежом проводятся интенсивные исследования по разработке ХРС и использованию их в химической промышленности ХРС представляет собой

тепловую баллистическую машину циклического действия в которой осуществляется одностадийное адиабатическое сжатие газа свободным или связанным поршнем При сжатии происходит увеличение температуры до величины, необходимой дчя быстрого протекания химической реакции В посчедующей стадии расширения происходит закалка получившихся продуктов реакции Таким образом, ХРС совмещает в себе нагреватель собственно реактор и закаточное устройство Основной недостаток таких реакторов, препятствующий их широкому применению связан с неэффективностью адиабатического сжатия многоатомных газов с низким показателем адиабаты у (у—1 2) Это означает, что дчя проведения многих практически важных реакций при характерной температуре 1500К и выше требуется сжимать газ до давления свыше ЮООатм Решение данной проблемы также возможно с применением сверхадиабатического сжатия

В настоящей работе развивается концепция сверхадиабатического сжатия в баллистических установках импульсного и циклического действия, со свободными и связанным поршнями Рассмотрено сжатие в установках с ДВУМЯ камерами разделенными неподвижной или подвижной перфорированной перегородкой В первом случае поршень имеет возможность перемещаться только в первой камере, осуществляя "сосредоточенное" сжатие газа у перегородки Во втором случае реализуется "распределенное" сжатие газа при возможном движении поршня (или системы поршней) по всему объему установки Рассмотрено также сжатие газа с внутренней рекуперацией тепла и сверхадиабатическое сжатие в тепловых машинах циклического действия

Цель работы заключается в

1 Теоретическом и экспериментальном исследовании сверхадиабатического сосредоточенного и распредеченного сжатия газовых смесей в установках импульсного сжатия с одним или двумя свободными поршнями

2 Моделировании термодинамических процессов в тепловой машине циклического действия со сверхадиабатическим сжатием

3 Разработке экспериментальной методики определения пределов воспламенения и горения газовых смесей в условиях внутренней рекуперации теша при их предварительном подогреве

4 Разработке нового метода газификации топлива в двигателе внутреннего сгорания при раздельном впуске воздуха и топлива в цилиндр ДВС с обычным или со сверхадиабатическим сжатием и построения математической модели процесса

5 Моделировании термодинамических процессов в химическом реакторе сверхадиабатического сжатия и расчете процесса парциального окисления метана

6 Экспериментальном и численном моделировании воспламенения углеводородо воздушных смесей при сверхадиабатическом сжатии в баллистической установке со свободным поршнем

Научная новизна работы определяется следующими результатами

1 Проведено экспериментальное и теоретическое исследование сверхадиабатического сжатия в баллистических установках импульсного действия с одним ити двумя свободными поршнями

2 Предложен способ сверхадиабатического сжатия смеси в тепловой машине циклического действия и разработана математическая модель описывающая термодинамические процессы

3 Предложена методика изучения пределов воспламенения и горения газовых смесей и гроведены экспериментальные исследования влияния внутренней рекуперации тепла на расширение пределов воспламенения и горения смесей

4 Разработан новый метод газификации топлива в двигателе внутреннего сгорания при раздельном впуске воздуха и топлива в цилиндр и развита математическая модель процесса

5 Предложен способ парциального окисления метана при сверхадиабатическом сжатии смеси в химическом реакторе сжатия тепловой машине циклического действия и разработана математическая модель процесса

6 Проведено экспериментальное и численное моделирование воспламенения углеводородо-воздушных смесей при сверхадиабатическом сжатии в баллистической установке со свободным поршнем

Научная и практическая значимость работы состоит в разработке новой концеппции сверхадиабатического сжатия применение которой в баллистических установках ИМПУЛЬСНОГО сжатия и тепловых машинах циклического действия обеспечивает существенное повышение температуры сжатия и увеличивает энергоемкость установок

Применение сверхадиабатического сжатия в баллистическом драйвере позвотяет повысить температуру и массу толкающего газа а также сократить размеры гиперзвуковой ударной трубы расширения Использование свсрхадиаба ического сжатия в двигателе BНутреннего сгорания может обеспечить устойчивое воспламенение и быстрое сгорание смесей бедного состава а также даст возможность проводить парциальное окисление части топлива внутри цилиндра с последующим обогащением TBC водородом и другими высокореакционными продуктами непотного окисления Раздельный впуск воздуха и топлива в цилиндр обеспечит практически ПОЛНУЮ газификацию топлива что значите тьно сократит выбросы несгоревших углеводородов с отработавшими газами Применение сверхадиабатическою сжатия в химическом реакторе

позводит реализовать парциальное окисление углеводородного горючего с образованием синтез-газа в режиме объемного самовоспламенения

Достоверность резучьтатов обеспечена достаточно высокой точностью используемых теоретических и экспериментальных методов их сопоставчением сопасованностью аналитических и чисченных методов решения задач а также сравнением с резучьтатами полученными другими авторами

На защиту выносятся.

1 Результаты теоретического исследования процессов сверхадиабатического распределенного сжатия газовых смесей в установках импульсного сжатия

2 Результаты аналитического, численного и экспериментального моделирования термодинамических процессов в тепчовых машинах циклического действия со сверхадиабатическим сосредоточенным сжатием и с вн>тренней рекуперацией тепла

3 Новая методика определения пределов воспламенения и горения газовых смесеи в условиях внутренней рекуперации тепла при их предварительном подогреве

4 Новый метод и результаты численного анализа газификации топлива при раздечьном впуске воздуха и топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания со сверхадиабатическим сжатием

5 Результаты численного анализа термодинамического цикла химическою реактора с ДВУМЯ тактами сверхадиабатического сжатия расчет парциального окисления метана

6 Результаты экспериментального и чисчснного моделирования воспламенения углеводородо воздушных смесей при сверхадиабатическом сжатии в баччистической усгановке со свободным поршнем

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих отечественных и международных конференциях на ежегодных конференциях ИХФ (2000 2001, 2002, 2003, 2004), на научно-технической конференции (с международным участием) "Инженерная экология-ХХ1 век" (Москва 2000) на III Азиатско-тихоокеанской конференции по горению Л8РЛСС (Корея 2001) на II Среднеземноморском симпозиуме по горению (Египет 2002) на IX Международной научно-практической конференции 'Фундаментальные и прикчадные проблемы совершенствования поршневых двигателей' (Владимир 2003), на I конференции по инновационной деятельности (Москва, ИВТАН 2005)

Публикации, Основные результаты диссертации опубликованы в 18 работах список которых приведен в конце автореферата

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения литературного обзора пяти глав заключения и списка литературы Общий объем диссертации 165 страниц, включая 68 рисунков 2 таблицы и библиографический список литературы из 141 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы работы, ее практическая ценность научная новизна сформ\лированы основные задачи исследования Дан краткий обзор содержания диссертации

Литературный обзор посвящен современному состоянию развития методов импульсного сжатия и интенсификации горения газовых смесей в тепловых баллистических установках рассмотрены типичные проблемы возникающие при этом Рассмотрены термодинамические процессы в установках импульсного сжатия и в тепловых машинах циклического действия показаны возможные пути решения затронутых проблем

В первой главе рассмотрены физические принципы и методы увеличения температуры толкающего газа с помощью сверхадиабатического распределенного сжатия применительно к баллистическому драйверу с двумя свободными поршнями применяемому в эксперименте с гиперзвуковой ударной трубой расширения Х2 в рамках программы NASA в лаборатории аэродинамики Квинслечдского университета (Австралия)

При сверхадиабатическом сжатии которое сопровождается ростом энтропии конечная температура сжат» ч 7/ оказывается выше температуры одностадийного сжатия Т при одинаковой степени сжатия } щи конечном давлении сжатия Pj Эффективность сверхалиабатического сжатия можно характеризовать коэффициентом увеличения энтропии к а с учетом неидеальности одностадийного процесса относительным коэффициентом увеличения

давление ке~ехр(Л8/С) ¿IV - увеличение энтропии С% - удельная теплоемкость смеси при постоянном объеме Коэффициент ке характеризует увеличение эффекта сверхадиабатического сжатия по сравнению с идеальным (у=СО^) адиабатическим процессом а ке по сравнению с реальным процессом одностадийного сжатия (к^к^) В случае малых теплопотерь можно приблизительно считать что ке ъке Таким образом для адиабатического сжатия ке—1„ для реального одностадийного сжатия

— 1 f

энтропии

То

- начальная температура и

1 1 И 2 4

!

(а)

I 1 1 Ё 2

4 71 6 5

1

Ts

Sj<32 S2

So

Si

/ jt

//(/i ' 1 ' 1 t 1 ' 1

P0 P01

pfp

Рис 2

Рис 1 Схема бачлистического драйвера а) исходный вариант, Ь) с промежуточной двойной диафрагмой, с) с дополнительным перфорированным поршнем 1 - резервуар со сжатым воздухом 2 - несущий поршень 5 - второй поршень 4 рабочий объем 5 -викуумированный объем 6 - основная диафрагма с отверстием 7 - дополнителъная диафрагма 8 - тяжелый поршень 9 - легкий поршень с отверстием

Put 2 Р-Тдиаграмма одностадийного (1) и двухстадииного (2) процесса сжатия газа

В работе проводится сравнение одностадийного и двухстадийного сжатия газа до максимального давления Р^ определяемого например, прочностными характеристиками установки Двух стадийное сжатие можно провести в установке, объем которой разделен промежуточной диафрагмой, раскрывающейся при некотором давлении Рг (например РГ~Р/) В начальный момент газ заполняет весь объем установки одностадийною сжатия при температуре То давлении Ро (Рис 1а) и только первую камеру объемом ¥1 (до диафрагмы) установки двухстадийного сжатия при температуре? То и давлении Ро, (Рис 1Ь) Вторая камера объемом К? вакуучируется (ее относительный объем равен Массы газа в обоих случаях

одинаковы При одностадийном нагреве газ сжимается по изоэнтропе $о поршнем до давления Р? и максимальной температуры одностадийного сжатия Т5 (Рис 2, кривая 1) При наличии промежуточной диафрагмы газ сжимается в первой камере по изоэнтропе до давления (Рис 2, кривая 2) и некоторой промежуточной температуры (первая стадия сжатия) Затем раскрывается диафрагма и газ изотермически перетекает во вторую камеру с падением давления и ростом энтропии до ¿2 (ЗУ*^/) Во второй стадии сжатия газ дожимается по изоэнтропе Б; до давления Р^ и максимальной температуры Tf Очевидно, что Ту- будет выше максимальной

температуры одностадийного сжатия Т и коэффициент увеличения энтропии достигает

значения

(1)

Максимум температуры Т^ двухстадийного сжатия достигается при выборе оптимального соотношения между объемами первой и второй камер установки

В гиперзвуковой ударной трубе в потоке газа испытательной камеры число Маха возрастает с увеличением скорости звука с толкающего газа С=(уКТ/ц)°где Я - универсальная газовая постоянная, Г, ц - температура и молекулярная масса газа Поэтому наиболее выгодным является использование гелия в качестве толкающего газа при его предварительном подогреве Однако эксперименты по сжатию гелия в установке рабочий объем которой разделялся на две части разрывной диафрагмой (без перепускного отверстия), показали низкую эффективность такого сжатия (практически такую же как при одностадийном сжатии) в связи с большими теплопотерями при ударно-волновом перепуске газа Поэтому представляет интерес рассмотреть перетекание газа в режиме дросселирования, при котором тепловые потери должны быть существенно ниже

Рассматривается баллистический драйвер применяемый для нагрева толкающего газа при реализации в нем сверхадиабатического распределенного сжатия с перетеканием в режиме дросселирования (Рис 1) Можно реализовать такое сжатие с помощью промежуточной двойной диафрагмы установленной в месте сопряжения первой и второй камер (Рис 1Ь) Диафрагма с давлением раскрытия имеет центральное отверстие которое первоначально закрыто

вторичной диафрагмой с давлением раскрытия Отверстие в диафрагме позволяет

перепустить большую часть газа до раскрытия основной диафрагмы, что позволяет существенно сократить теплопотери из-за ударной волны возникающей при раскрытии основной диафрагмы В первой камере размещается составной поршень, состоящий из несущей части внутри которой помещается поршень меньшего диаметра, предназначенный для сжатия газа во второй камере установки Первая камера драйвера заполняется рабочим газом (гелием) при начальном давлении Ро и температуре То, а вторая камера вакуумируется На первой стадии сжатия поршень массой сжимает рабочий газ в первой камере до давления при достижении которого начинается перетекание нагретого газа Поршень продолжает сжатие газа до давления раскрытия основной диафрагмы Дойдя до узла диафрагмы, несущая часть поршня гасит свою избыточную энергию на специальном буфере и останавливается а дополнительный

поршень массой продолжает свое движение во второй камере (вторая стадия), сжимая газ до остановки при которой достигаются конечные параметры сжатия

Возможно реализовать сверхадиабатическое распределенное сжатие с помощью дополнительного перфорированного поршня, который может быть установлен в произвольной позиции ствола драйвера постоянного сечения и таким образом определено его оптимальное положение (Рис 1с) Предполагается, что вначале газ заполняет весь объем по обе стороны перфорированного поршня На первой стадии газ сжимается в пространстве между поршнями при этом перфорированный поршень играет роль инерционной стенки При сближении поршней нагретый газ перетекает из пространства между поршнями в объем между дополнительным поршнем и глухим торцом драйвера На следующей стадии газ сжимается до конечных параметров одновременно двумя поршнями, движущимися вместе практически с одинаковой скоростью

Для газа находящегося в камере переменною объема V, для любой рассматриваемой в данной работе баллистической установки, можно записать закон сохранения энергии и массы

Здесь I - текущее время, т% Р И £/ - масса давление и удельная внутренняя энергия газа в камере, И - удельная энтальпия втекающего в камеру и вытекающего из камеры газа IV величена тепловых потерь газом (в том числе и излучением) и тепловыделения в химической реакции, - поток газа между камерами установки с учетом критического и докритического течения Эта система дополняется уравнением состояния идеального газа и вторым законом Ньютона в случае движения свободного поршня и формулой для аксиального механизма известной из динамики двигателей в случае связанного поршня (например, в ДВС) Показано, что для драйвера с параметрами установки

- объем резервуара с толкающим газом) сверхадиабатическое распределенное сжатие гелия с применением промежуточной двойной диафрагмы позволяет увеличить эффективность драйвера примерно в 2 раза (максимальная температура сжатия

(Рис За, кривая 2) по сравнению с исходным вариантом обычного сжатия (кривая П при достижении одинакового конечного давления сжатия Рг (Рис ЗЬ) При сверхадиабатическом распределенном сжатии основным и дополнительным перфорированным поршнями показана возможность еще большего увеличения

эффективности системы (ТГ=15000К) (в 5 и более раз, кривая 3) по сравнению с исходным

Л Л <Л

¿т

(2)

Tf, К pf, атм

Рис 3 а) Зависимость чаксимачъной температуры от начальной массы рабочего газа для исходной установки (1) дчя установки с промежуточной двойной диафрагмой при Pí=50amM Р=100атм (2) дчя установки с допочнительным перфорированным поршнем (3) Ь) Зависимость максимачьного давленения от начачьной массы рабочего газа

вариантом при оптимизации драйвера за счет эффекта сверхадиабатического сжатия и сокращения теплопотерь

Во второй главе рассматривается возможность модификации термодинамического цикла тепловой машины циклического действия - двигателя внутреннего сгорания в условиях сверхадиабатического сжатия топливно-воздушной смеси Проаналшизированно два возможных способа сверхадиабатического сжатия TBC в цилиндре ДВС сосредсточенное двухстадийное сжатие и сжатие с внутренней рекуперацией тепла (Рис 4)

Рис 4 Схема цилиндра ДВС в случае рсачизации обычного сжатия (а) сосредоточенного двухстадийного сжатия (Ь) сжатия с внутренней рекуперацией тепла (с) 1 поршень 2 -цилиндр 3 - перегородка с отверстием с возможностью регучируемого перетекания 4 -тепповой активатор

В первом случае сверхадиабатичсское сосредоточенное сжатие происходит в разделенном на две камеры цитиндре с объемами Р/ и с возможностью регулируемого перетекания смеси между ними На первой сыдии 1<*кга ежа! ия имеиь нлревасия в первой камере от нач<пьной

температуры до некоторой промежуточной, определяемой, например, максимально допустимым давлением Ру—Р/ или промежуточной степенью сжатия Я/ Затем происходит расширение смеси в дополнительную камеру с увеличением энтропии, в результате чего давление в падает На второй стадии, при дальнейшем движении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ), смесь нагревается до температуры 7}, превышающей температуру одностадийного сжатия Т (при одинаковом давлении или конечной степени сжатия Перетекание смеси может

происходить в различных режимах Рассмотрим сжатие сопровождающееся вытеснением всего газа во вторую камеру Изохорический режим осуществляется при быстром

перетекании смеси через отверстие большого сечения между камерами Выражение для коэффициента увеличения энтропии принимает вид

^Г. 11

(3)

при сжатии до конечного давления и до степени сжатия

Если поддерживать давление основной камере постоянным во время

перетекания смеси путем изменения сечения отверстия, то реализуется изобарический режим перетекания В этом случае приращение энтропии будет выше за счет совершения дополнительной работы в процессе перетекания и выражение для принимает виц

при сжатии до конечного давления и

Л.....ГлУ-/г1

(6)

V о}

до степени сжатия

Другой вариант увеличения энтропии при сжатии смеси в цилиндре ДВС связан с рекуперацией тепла внутри цилиндра В дополнительной камере устанавливается тепловой активатор (ТА) с развитой поверхностью, представляющий собой набор металлических пластин или пористую керамику (Рис 4с) В такте рабочего хода ТА поглощает часть тепла от продуктов сгорания В такте впуска и, главным образом, сжатия это тепло передается исходной смеси,

увеличивая ее энтропию те осуществляется замкнутый цикл теплообмена непосредственно внутри цилиндра ДВС

Численно рассчитыватся такт сжатия и расширения в приближении однозонной модели с использованием уравнений сохранения энергии и массы (2)

Выбраны следующие типичные входные параметры задачи диаметр цилиндра и ход поршня 100мм, степень сжатия Я=9 8 чисто оборотов коленчатого вала N=1000 об/мин, температура стенок цилиндра ЗООК Диаметр перепускного отверстия составляет 22мм

Типичная зависимость изменения эффективной температуры в цилиндре при изобарическом режиме перетекания представлена на рис 5а При сжатии смеси изо октан-воздух при коэффициенте избытка воздуха величина температуры в начале перетекания

составляет 820К увеличиваясь до величины 890К {к^Х 36) при достижении поршнем ВМТ (кривая 2) Здесь угол поворота коленчатого вала При обычном одностадийном сжатии данной смеси максимальная температура сжатия равна 650К (кривая 3) При горении бедной смеси эффективная температура в объеме, определяемая по давлению в цилиндре достигает всего лишь 1200К Можно ожидать что при такой низкой температуре образование оксидов азота будет резко снижено

Рис 5 Изменение эффективной температуры от угча поворота коченчатого вала для а) двухстадииного сжатия при 6~0 07 Р28атм Ь) сжатия с рекуперацией теша в основной (1) дополнительнои (2) камерах тепчового активатора (4) при 6=0 095 )=9 8 N=1000об/мин Пунктирная кривая (3) соответствует обычному одностадийному сжатию смеси без воспламенения и без ТА в цилиндре

В случае сжатия смеси с а=3 3 в режиме с внутренней рекуперацией тепла, в результате интенсивной передачи тепла от ТА к смеси (при начальной температуре ТА 950К (Рис 5Ь

кривая 4)) ее температура достигает величины 800-860К (кривая 2 (ке~\ 32) В данном процессе не расходуется энергия на нагрев ТА за цикл Быстрый нагрев ТА до квазистационарнои температуры одинаковой в начале такта сжатия и в конце такта расширения происходит в течение нескольких тактов сжатия и горения

Для реализации парциального окисления части топлива внутри цилиндра ДВС с целью обогащения TBC водородом и другими высокореакционными продуктами неполного окисления нужно осуществить разделение заряда т е заполнить дополнительную камеру богатой смесью а основную бедной (Рис 4) После первой стадии сжатия и перепуска предварительно нагретой смеси в дополнительную камеру температура в ней достигает 85ОК и выше (Рис 5 кривая 2) При такой температуре становится возможным осуществление парциального окисления топлива в режиме искрового зажигания с образованием продуктов неполного окисления

Моделирование термодинамических процессов происходящих в цилиндре ДВС и ХРС со сверхадиабатическим сжатием было произведено на экспериментальной установке схема которой изображена на рис 6 а на рис 7 привелены реэультаты экспериментального исследования Установка состоит из цилиндрической камеры в которой движется своболный

Рис б Схема установки сверхадиабатического сжатия 1 - основная камера установки 2 -дополнительная камера 3-поршень 4-диафрагма 5 рассекатель диафрагмы 6-пусковое устройство поршня 7 - форвакуумныи насос 8 - вентили 9 - клапан точкающего газа 10 резервуар с толкающим газом 11 датчики давления 12 фотодиоды 13 - осциллограф Р манометры

Рис 7 Зависимость максимального безразмерного давления от конечной степени сжатия Одностадийное сжатие расчет - кривая 1 эксперимент - кружки Двухстадииное сжатие расчет по формуле (7) при Р^Ро-35 (2) 120 (3) эксперимент - крестики

поршень, и дополнительной камеры, отделенной от основной разрывной алюминиевой диафрагмой с варьируемым диаметром перепускного отверстия 7-15мм

Параметры установки длина основной и дополнительной камеры - 1273 и 91мм диаметр - 57 и 40мм Объем резервуара с толкающим газом (воздухом) 5л, давление в котором Р%г~1-Патм Начальное давление в камерах варьировалось в пределах Ргг§ 2-1атМ Использовались два поршня длиной 152мм и массами 785г и 2300г Рабочим газом в данных экспериментах являлся воздух Конечная степень сжатия при вытеснении всего газа в дополнительную камеру равнялась /-22, что сопоставимо со степенью сжатия в дизельном двигателе Промежуточная степень сжатия определялась длиной рассекателя

Поршень, под действием толкающего воздуха резервуара, сжимает рабочий газ в камере установки На рис 8а приведена типичная осциллограмма первого импульса давления при сжатии воздуха в основной камере установки (кривая 1) и показания фотодиода во второй камере (кривая 2) При достижении рассекателем диафрагмы происходило ее раскрытие (в данном случае при давлении первый пик) и предварительно нагретый в первой

стадии сжатия газ, перетекает в дополнительную камеру При этом сигнал с фотодиода отражает повышение температуры газа Поршень продолжает сжатие газа уже в объединенном объеме до конечных параметров после чего останавливается и

отбрасывается назад

Рис 8 Типичные осциллограммы даелния (1) и свечения газа (2) при двухстадийном сжатии а) воздуха Ру-О 4атм, Р%г=9ат\{ Ь) разделенного заряда (в основной камере возоух при Ро~0 2атм в дополнительной камере пропан при Рц=0 26атм) при Р^г=9атм

Проводились сравнительные эксперименты сжатия газа в обычном режиме и в режиме сверхадиабатического двухстадийного сжатия Анализ показал, что безразмерное конечное

давление сжатия Р/Ро есть функция конечной степени сжатия и безразмерного давления открытия диафрагмы Р,/Ро

С другой стороны давление сжатия можно выразить через относительную энергию толкающего газа Е^/С^тоТс и коэффициент увеличения энтропии ке

где то - масса рабочего газа Цу - КПД использования энергии толкающего газа

Эксперименты показали, что в соответствии с (8) при одинаковой величине энергии толкающего газа конечное давление сжатия при дзухстадийном режиме ниже, хотя конечная температура сжатия одинакова С другой стороны, в соответствии с выражением (7) для одинаковой степени сжатия конечное давление при двухстадийном сжатии выше так как достигается более высокая конечная температура При этом коэффициент увеличения энтропии достигал величины ке—\ 4 Эксперимент хорошо согласуется с теорией (Рис 7) в широком диапазоне изменения энергии толкающего газа независимо от выбранной массы поршня

На этой же установке бьли проведены эксперименты по моделированию сжигания в ДВС разделенного заряда при воспламенении от сжатия Дополнительная камера заполнялась метаном или пропаном, а основная - воздухом что обеспечивало при перетекании воздуха и смешении газов в дополнительной камере смесь с любым а в интервале от 0 2 до 4 5 При сверхадиабатическом сжатии могло быть обеспечено объемное воспламенение таких смесей Например, на рис 8Ь приведена осциллограмма давления при воспламенении пропана в воздухе Начальное давление в основной камере заполненной воздухом 0 2атм а давление пропана в дополнительной камере 0 26атм и после смешения газов образовывалась смесь с а—0 65 Максимальное давление при воспламенении достигало 21 8атм, что примерно вдвое превосходило давление при сжатии чистого воздуха в аналогичных условиях Анализ показывает, что при этом происходило практически полное сгорание образующейся смеси Дальнейшее описание эксперимента и обсуждение экспериментальных ланных полученных на этой установке сверхадиабатического сжатия со свободным поршнем будет проведено в главе 5 Таким образом, продемонстрировано, что сверхадиабатическое сжатие в двигателе внутреннего сгорания позволяет поднять температуру сжатия в 1 3-1 5 раза (до 900К) а это дает возможность использовать в ДВС бедные смеси или реализовать предварительное парциальное

(7)

окис пение части углеводородного топлива непосредственно в цилиндре ДВС для обогащения TBC водородом и другими высокореакционными продуктами неполного окис!ения

В третьей главе рассмотрена экспериментальная методика определения пределов воспламенечия и горения газовых смесей Приведены результаты экспериментального исследования горения смесей бедного и богатого состава в условиях внутренней рекуперации тепла (при их предварительном подогреве) для обоснования возможности и моделирования процесса горения таких смесей в ДВС со сверхадиабатическим сжатием и с ТА Сжигание TBC проводилось на модельном устройстве "инфракрасная (ИК) горелка с радиационной полостью", схема которого изображена на рис 9 Природный газ Сосновной газ - метан) из городской магистрали и сжатый компрессором воздух подавались в смесительную камеру Коэффициент избытка воздуха изменялся в пределах СГ=0 4-2 2 Темпсратура поверхности матрицы измерялась хромель-алюмелевой термопарой Точность измерений с учетом колебаний давления газа в магистрали в течении опыта бьпа в пределах 10%

ТМ1К

05 1 15 2а Рис 9 Рис 10

Рис 9 Схема устройства "ИК горелка с радиационной полостью" 1 - керамическая матрица 2 - керамический экран 3 - термопара 4 - радиационная полость 5 - измеритель цифровой 6 - смесительная камера 7 - расходомер диафрагменного типа, 8 - компрессор 9-воздух, 10 - барабанный счетчик расхода газа 11 - газовая магистраль

Рис 10 Зависимость температуры поверхности матрицы от состава смеси для случаев одиночной матрицы (1) и матрицы с радиационным экраном (2)

Основным элементом установки, изображенной на рис 9, являлась перфорированная керамическая матрица размером 127х90мм, толщиной 12мм которая имела рифленую в виде ромбов поверхность, пронизанную множеством цилиндрических канатов диаметром 1 Змм

Радиационная полость образовывалась между матрицей и установленной над ней на расстоянии 6мм перфорированным керамическим экраном размером 127х90мм и толщиной 6мм Сгорание TBC происходило в тонком плоском слое пламени непосредственно над поверхностью матрицы В случае опытов без радиационной полости температура поверхности матрицы увеличивалась только за счет теплопередачи от фронта пламени Горючая смесь, проходя в каналах матрицы прогревалась и подавалась к фронту пламени при температуре, близкой к температуре поверхности матрицы и таким образом осуществлялась внутренняя рекуперация тепла Были проведены измерения температуры поверхности матрицы 7д/ при расходе воздуха 413см3/сек И разных расходах газа При "стехиометрическом" расходе газа была достигнута максимальная температура поверхности матрицы Были найдены пределы горения

смеси без отрыва и проскока пламени Найдено, что в режиме горения смеси над открытой матрицей величина а для верхнего и нижнего пределов равнялась QFО 63-1 46 при 7л/=895К-760К, соответственно (Рис 10, кривая 1) Экспериментально найденные значения не достигали известных значений концентрационных пределов распространения пламени метано-воздушной смеси, из-за относительно сильных радиационных потерь в системе фронт пламени -поверхность матрицы.

В опытах с радиационной полостью реализуется дополнительная внутренняя рекуперация тепла в результате радиационной обратной связи, те от излучения, отражаемого от экрана матрице, а также исключается подмешивание вторичного воздуха в зону химической реакции Температура матрицы увеличивалась на величину 35ОК и выше (Рис 10. кривая 2) Это приводило к интенсификации процесса сгорания смеси Б радиационной полости и позволяло осуществить сжигание богатых и бедных смесей с соответственно, за счет их дополнительного подогрева

Таким образом, показана принципиальная возможность существенного расширения пределов распространения пламени в радиационной полости при внутренней рекуперации тепла за счет предварительного подогрева смеси Эффект достигнут за счет организации процесса интенсивного радиационно-конвективного теплообмена без подмешивания в зону горения наружного холодного воздуха, в результате чего обеспечено сжигание как бедных так и богатых смесей

В четвертой главе рассматривается процесс газификации Капель топлива при разделении процессов инжекции топлива и впуска воздуха в цилиндр ДВС

Проведены сравнительные расчеты трех возможных режимов подачи топлива и воздуха в цилиндр 1) обычный впуск TBC через впускной клапан при движении поршня от ВМТ, 2) разделенный впуск, заключающийся в первоначальной инжекции топлива при закрытом

впускном клапане с последующим впуском воздуха в разреженный цилиндр 3) разделенный впуск при инжекции топлива с некоторой задержкой при закрытом впускном клапане в разреженный цилиндр с последующим впуском воздуха

Потаюсь что при впуске воздуха образуе ся принудительное вихревое течение Учитывалось проскальзывание капель в осевом и тангенциальном направлениях относительно газового потока и на основании этого рассчитывался режим конвективного тепло-массообмена Газодинамическое дробление капель рассматривалось по вибрационному механизму а также учитывался эффект взрывного вскипания при инжекции топлива в разреженный объем цилиндра

Численно рассчитывались такты впуска и сжатия Система уравнений сохранения энергии и массы для газовой фазы имеет вид (2) Изменение массы кати тотива определялось из рассмотрения уравнения сохранения энергии и массы

(9)

Начальныеусловия Tj-To, fftf- ttljc*

Здесь Td Т -- температ\ра капель топлива и смеси в цилиндре^ - удельная теплоемкость жидкого топлива капли Cpd - удельная тепплоемкость паров топлива при постоянном давлении tnd 0 mLf— начальная и тск\щая масса капли L - теплота парообразования топлива / -теплопроводность газовой смеси окружающей каплю D - коэффициент диффузии -молекулярная масса топлива - диаметр капли парциальное давление топлива на

поверхности капли и на большом удалении от кати Nun и Num- тепловое и диффузионное числа Нуссельта Ф] И Ф2 - функции учитывающие Стефановский поток

Выбраны следуюшие входные параметры задачи начальный диаметр капли б/о=10-100мКМ У=1000-500006/МИЫ параметры инжекции топлива 0)j tjto и впуска воздуха

- момент инжекции топлива и впуска воздуха в цилиндр Начальная тангенциальная скорость вихревою движения воздуха и начальная скорость инжекции капель Wq выбраны порядка 100м/сек Другие параметры задачи начальная температура капли и остаточного газа ЗООК и 800К соответственно диаметр цлиндра и ход поршня 100мм диаметр впускного клапана 30мм степень сжатия =9

Расчеты показывают что при обычном впуске TBC при выбранных начальных условиях к концу такта сжатия успевают полностью испариться капли

не испарившегося топлива т^ /т^ к концу такта сжатия возрастает линейно с увеличением размера капель, достигая почти 40% при ¿//Г^ОМКМ

Показано, что при раздельном впуске при инжекции топлива (без воздуха) в момент времени (У^=0 в среду неподвижного остаточного газа скорость газификации крупных капель превосходящих некоторый критический размер увеличивается Это связано с дроблением крупных капель из-за высокой скорости их движения относительно остаточного газа, когда

чисчо Вебера превышает критическое значение Ц^е* = 10(1 +1 ) Здесь Ьр — ■ —

число Лапласа р^ - плотность жидкого топлива п^ - коэффициент поверхностного натяжения капли, ¡х^- динамическая вязкость Для капечь размером с/д=66мкм при Й^-ЮОм/сек ЧИС10 Вебера достигает критической величины и поэтому капли размером свыше d0=66MKM будут дробиться (Рис 11а, кривые 3,4) При этом время дробления капли меньше 0 1 мс

Рис 11 о) Относительная масса не испарившегося топлива в зависимости от размера капель при обычном впуске TBC в цилиндр (1) при разделенном впуске при сov=0 3 без

учета дробления капель (2) с учетом дробления капель (3) при О}^=0 01 без учета

дробления капель (5) с учетом дробления капель (4) d) Изменение со временем массы капли для dn 50мкм при обычном впуске (1) при впуске TBC в разреженный цилиндр при OJd=(Ov-0 35 (2)

Wn=Ut0=100 ч/сек

В случае, когда впуск топлива осуществляется в разреженный цилиндр при задержке открытия впускного клапана возможна высокая степень газификации топлива связанная с взрывным вскипанием капечь при низком давлении Проявление этого эффекта возможно

только при раздельном процессе инжекции топлива и последующего, с некоторой регулируемой задержкой о, впуска воздуха в цилиндр ДВС Взрывное вскипание капли связано с быстрым ростом имеющихся в ней пузырьков, в которых давление насыщенного пара топлива превосходит давление окружающего газа Если в капле после ее выхода из сопла инжектора имеется пузырек, то в зависимости от давления газа в цилиндре пузырек может расшириться и разорвать каплю или схлопнуться Для оценки эффекта принято, что разрыв капли происходит,

Р¿г - давление пара, соответствующее температуре перегретой жидкости, Р давление смеси в цилиндре

При взрывном вскипании капля разрывается на столь малые фрагменты, которые при принятых параметрах расчета полностью газифицируются Очевидно, чем больше величина параметра чем ниже давление газа в цилиндре, тем больше перегрев капли и меньше

критический диаметр пузырька в капле Например, при СУ^для капель размером с/^>20мкм величина ^*=6МКМ ЕСЛИ с^о-д* то в такой капле маловероятно появление "опасного" пузырька Однако диаметр таких калечь мал 12мкч) и они успевают испариться (Рис 11Ь кривая 4)

Таким образом, раздельный во времени впуск капель топлива с последующим впусксм воздуха приводит к более полному испарению топлива и делает возможным "взрывное" дробление капель с последующим быстрым испарением Показано, что применение сверхадиабатического сжатия при разделенном впуске увеличивает эффективность процесса газификации топлива, а также позволяет регулировать конечную температуру смеси, те эффективную степень сжатия в процессе работы ДВС

В пятой главе рассмотрен процесс сверхадиабатического сжатия, применительно к химическому реактору сжатия, выполненному на базе тепловой машины циклического действия

Предложено новое решение указанной проблемы, связанное с применением сверхадиабатического сжатия для эффективного нагрева многоатомных газов, которое позволяет, при сохранении всех достоинств известного ХРС, существенно расширить класс возможных химических превращений, не доступных для обычного ХРС Такой химический реактор сверхадиабатического сжатия (ХРСС) может быть выполнен на базе ДВС с разделенными цилиндрами (Рис 4Ь)

Численно рассчитывались такты сжатия и расширения Система уравнений сохранения энергии и массы имеет вид подобный (2)

если размер пузырька превышает критическое значение

Здесь

Рассмотрен процесс сверхадиабатического сжатия смеси в двух последовательных тактах двухстадийного сжатия, разделенных тактом холостого хода, который происходит следующим образом В первой стадии первого такта сжатия происходит нагрев смеси, находящейся в объеме V] При достижении определенного давления в V/, происходит открытие перепускного отверстия в перегородке и смесь перетекает в объем Vj При своем дальнейшем движении к перегородке поршень будет досжимать нагретую смесь во второй стадии процесса до конечной температуры первого такта сжатия После достижения поршнем ВМТ отверстие в перегородке закрывается. При перемещении к нижней мертвой точке (НМТ) (такт холостого хода) поршень создает разрежение в объеме Вблизи НМТ отверстие в перегородке открывается и нагретая смесь перетекает в объем практически восстанавливая свою температуру Второй такт сжатия протекает аналогично первому в две стадии но поршень сжимает уже нагретую смесь до более высокой конечной температуры

Показана возможность проведения в таком ХРСС парциального окисления метано-воздушной смеси с начальной концентрацией метана в ней ~30% При этом достигнута практически 100% конверсия метана в синтез-газ с отношением Н2/СО—2, при конечной степени сжатия равной 10, давлении не превышающем 50атм и максимальной температуре около 1800К

Приведены результаты экспериментального и теоретического исследования воспламенения метано-воздушных смесей при сверхадиабатическом сжатии в баллистической установке со свободным поршнем (Рис 6) Рассмотрено воспламенение смесей в условиях однородною, стратифицированного и разделенною зарядов

Эксперименты с метано-воздушной смесью в условиях одностадийного сжатия при Â=22 показали, что воспламенение смеси не происходило при Pty>0 2aTM И 11атм При

сверхадиабатическом сжатии когда обе камеры заполнялись перемешенной метано-

воздушной смесью при или дополнительная камера вакуумировалась, происходило

объемное воспламенение метана сжатием в широком диапазоне начальных концентраций горючего ¿mû В смеси О<£т0<О 18 (Рис 12а) Анализ показал, что перемешенная смесь воспламенялась в первой стадии сжатия при достижении температуры свыше 12ОО-13ООК, и затем, происходило сгорание всей смеси в дополнительной камере в процессе ее перетекания турбулентного перемешивания. Результаты экспериментов удовлетворительно описываются расчетом (Рис 12а)

Известно, что для эффективного воспламенения и горения бедных смесей в ДВС с искровым зажиганием применяют стратификацию заряда Были проведены эксперименты по воспламенению стратифицированного заряда сжатием применительно к богатым смесям Стратифицированный заряд создавался чередующимся заполнением длинной основной камеры

установки метаном и воздухом Избыточная концентрация метана была вдали от центра трубы а воздуха наоборот в центре трубы В эксперимента с таким зарядом суммарно переобогащенной смеси обнаружен режим ее воспламенения при 0 (Рис 12а) В

области смесей стехиометрического и бедного состава сгорание стратифицированного заряда практически не отличалось от сгорания перемешенного заряда Эффективность сгорания стратифицированного заряда в широком диапазоне концентраций горючего связана с двухстадийностью процесса сжатия

Рис 12 Зависимость максимального давления в допопнитечънои камере от начачьнои концентрации метана в смеси при вакуумированной допашите \ьнои камере ( ист те кружки и сплошная кривая эксперимент и расчет с перемешенной смесью черные кр\жки и пунктир эксперимент со стратифицированным заряоом вертикахьная пунктирная шния - граница 'взрывного окиаения СЯ* Рёг-11атм Р 0 2атм )~22 Ь) Зависимость максима хъного бааения в допочгитечънои камере (1) и коэффициента избытка воздуха (2) от ничашюи концентрации метана в смеси в основной камере при разде1енном заряде Pgr-]lam\í

Бьпи проведены эксперименты с разделенным зарядом, при котором основная камера заполнялась ВОЗДУХОМ ИЛИ предварительно перемешенной смесью метана с воздухом при а дополнительная камера - только метаном при атмосферном давлении В этом случае удается провести реакцию окисления метана в смеси при коэффициенте избытка воздуха «-0 2-0 4 (Рис 12Ь

Таким образом, из экспериментов и расчетов следует что при сверхадиабатическом сжатии при возможно сжигание метано воздушной смеси в широком диапазоне изменения концентрации метана вплоть до Это может представлять интерес при организации

процесса горения в ДВС альтернативных теплив (например, метана), а также при конверсии углеводородов с получением синтез-газа и других продуктов в химических реакторах сжатия

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе рассмотрены физические принципы нагрева газа в баллистических устройствах -установках импульсного сжатия и тепловых машинах циклического действия при использовании сверхадиабатического сжатия Впервые термодинамические процессы во всех рассмотренных в работе бачлистических устройствах со сверхадиабатическим сжатием газа, проанализированы с единой точки зрения По резучьтатам выполненной работы можно сформучировать счедующие выводы

1 Разработана математическая модечь и проведены расчеты внутренней баллистики драйвера со сверхадиабатическим сжатием для гиперзвуковой ударной трубы расширения Показано, что замена ударно-волнового перепуска на дроссетирование приводит к существенному увеличению температуры сжатия В частности дня драйвера с промежуточной двойной диафрагмой рост температуры гелия достигает 2 раз (до -4000К), а для драйвера с дополнительным перфорированным поршнем 5 и более раз (до температуры -15000К)

2 Теоретически проаначизированы способы сверхадиабатического сжатия в цичиндре ДВС двухстадийное сжатие и сжатие с внутренней рекуперацией тепла Показана возможность увечичения конечной температуры смеси в I 3-! 5 раз по сравнению с обычным одностадийным сжатием

3 Экспериментально исследован процесс сверхадиабатического сжатия на баллистической установке со свободным поршнем и достигнут коэффициент увечичения энтропии ~1 4 Показано что при конечной степени сжатия -20 возможно сжигание метано-воздушных смесей в широком диапазоне изменения концентрации метана вплоть до 30%

4 На основе "инфракрасной горечки с радиационной полостью" предложена экспериментальная методика определения пределов воспламенения и горения газовых смесей Обоснована возможность сжигания бедных и богатых смесей в ДВС со сверхадиабатическим сжатием

5 Предложен и проанализирован новый метод газификации топлива в двигателе внутреннего сгорания при разделенном впуске топлива и воздуха в цилиндр ДВС Показано, что разделенный впуск приводит к значитечьному сокращению массы неиспарившегося топлива

6 Проанализирован термодинамический цикл химического реактора с двумя тактами двухстадийного сжатия Показана возможность проведения парциального окисления метана при

его 30% содержании в метано-воздушной смеси, при этом степень конверсии в синтез-газ может достигать 100% в условиях низкой степени сжатия -10 и давлении не превышающем 50атм

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Шмелев В M , Василии H Я, Николаев В M Бал листические драйверы для ударных труб/ ТВТ, 1999, т 37 N3 с 525 (деп в ТВТ)

2 Шмелев В M , Никотаев В M Неизоэнтропическое сжатие рабочей смеси в цилиндре ДВС // Тез докл науч конф ИХФ РАН M, 2000, с 44

3 Шмелев В M Николаев В M Двухстадийное сжатие рабочей смеси в цилиндре ДВС//Тез докл научо-техн конф (с международным участием) 'Инженерная экология-XXI век' МЭИ(ТУ) М, 2000, с 198-200

7 Shmelev V, Nikolaev V Superadiabatic compression in an ICE The Third Asia-Pacific Conference on Combustion ASPACC Seoul, Korea 2001, p 573-576

8 Шмелев В М, Николаев В М Модифицированные термодинамические циклы в теппловых машинах/'Тез докл науч конф ИХФ РАН M ,2001, с 74-75

9 Шмелев В М, Николаев В M Способ работы двигателя внутреннего сгорания (варианты) RU2176''39,2001

10 Shmelev VM, Nikolaev VM, Superadiabatic compression in the cylinder of internal combustion engine The Second Mediterranean Combustion Sumpozium Sharm El-Sheikh, Egypt, January 6-11,2002, p 1283-1292

11 Николаев В M Шмелев В MO впуске рабочей смеси в разреженный объем цилиндра ДВС // Тез докл науч конф ИХФ РАН M , 2002 с 52-53

12 Шмелев В M Николаев В M Сверхадиабатическое сжатие смеси в цилиндре ДВС // Проблемы машиностроения и автоматизации 2002, N4, с 57-66

13 Николаев В M , Шмелев В M Двигатель со сверхадиабатическим сжатием // Материалы IX Международной научно-практической конференции 'Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей Владимир Владимир гос. тех. ун-т 2003, с 189-191

14 Ниголаев В M, Шмелев В M , Марго чин Л Д Способы газификации топлива в ДВС // Тез докл науч конф ИХФ РАН М, 2003, с 40 41

15 Николаев В М, Илюхин В С, Шмелев В M Сверхадиабатическое сжатие газа в баллистической установке//Тез докл ^ун кочф ИХФРЛН M , 2003, с 50-51

16 Шмелев В М Николаев В М Марголин А Д Испарение топлива пои его инжектировании в цилиндр двигателя внутреннего сгорания//Химическая физика 2004 т23 N4 с 84-94

17 Шмелев В М , Николаев В М , Илюхин В С Воспламенение смесей метана с воздухом при двухстадийном сжатии // Химическая физика (отправлена в печать в 2004)

18 Николаев В М Шмелев В М Химический реактор сверхадиабатического сжатия // Сб трудов I конференции по инновационной деятельности М , ИВТАН, 2005 (в печати)

КОПИ-ЦЕНТР св 7 07 10429 Тираж 100 экз lei 185-79-54 г Москва, ул Енисейская д. 36

ОШ

Введение.

Литературный обзор.

Глава 1. Сверхадиабатическое сжатие газа в баллистических установках со свободными поршнями.

1.1. Модель расчетов.

1.2. Сверхадиабатическое сжатие в драйвере с двойной диафрагмой

1.3. Сверхадиабатическое сжатие в драйвере с дополнительны перфорированным поршнем.

1.4. Основные результаты.

Рисунки к первой главе.

Глава 2. Сверхадиабатическое сжатие в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

2.1. Способы сверхадиабатического сжатия.

2.2. Двухстадийное сжатие.

2.3. Модель расчетов.

2.4. Режим двухстадийного сжатия.

2.5. Сжатие с внутренней рекуперацией тепла.

2.6. Экспериментальное моделирование сверхадиабатического сжатия применительно к ДВС.

2.7. Основные результаты.

Рисунки ко второй главе.

Глава 3. Экспериментальная методика определения пределов воспламенения и горения газовых смесей.

3.1. Исследование пределов воспламенения и горения газовых смесей.

3.2. Теоретический анализ.

Рисунки к третьей главе.

Глава 4. Испарение топлива при его инжектировании в цилиндр двигателя внутреннего сгорания.

4.1. Модель расчетов.

4.2. Обычный впуск смеси.

4.3. Разделенный впуск.

4.4. Впуск топлива в разреженный цилиндр.

4.5. Сверхадиабатическое сжатие.

4.6. Основные результаты.

Рисунки к четвертой главе.

Глава 5. Химический реактор сверхадиабатического сжатия.

5.1. Суммарная кинетика окисления метана.

5.2. Модель расчетов.

5.3. Парциальное окисление метана в ХРСС с двумя тактами сжатия.

5.4. Экспериментальная установка.

5.5. Результаты расчета эксперимента.

5.6. Воспламенение однородных смесей.

5.7. Стратифицированный заряд.

5.8. Разделенный заряд.

5.9. Основные результаты.

Рисунки к пятой главе.

Баллистические установки импульсного сжатия широко применяются для научных исследований и в технике. Например, установки адиабатического сжатия со свободным поршнем используются для исследования задержек воспламенения топливно-воздушных смесей (ТВС), моделирования процесса горения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и химическом реакторе сжатия (ХРС). Для получения "горячей" высокоплотной плазмы с температурой порядка 5000-15000К при давлении до ЮООатм созданы баллистические плазмотроны. Плазма с такими параметрами является источником мощного ультрафиолетового и видимого излучения и может быть эффективно использована для оптической накачки лазеров, обработки поверхности и закалки инструментов и т.д. Для получения гиперзвуковых потоков разработаны уникальные установки импульсного действия -гиперзвуковые ударные трубы расширения, состоящие собственно из ударной трубы, трубы ускорения и сопла расширения (испытательной камеры), в которых для нагрева толкающего газа гелия применяется баллистический драйвер (компрессор) со свободным поршнем. Основная проблема, связанная с необходимостью существенного повышения энергоемкости баллистических установок, увеличения температуры сжатия, может быть решена на пути оптимизации внутрибаллистического процесса и нахождения новых конструктивных решений.

Баллистические установки циклического действия, к которым относятся и ДВС, широко применяются в транспорте и энергетике. Применительно к ДВС основные проблемы связаны с увеличением экономичности и удельной мощности двигателей, уменьшением выбросов вредных веществ в окружающую среду. Решение данных проблем возможно на пути применения многостадийного (в частности, двухстадийного) сжатия газа или сжатия с внутренней рекуперацией тепла с увеличением энтропии сверхадиабатического сжатия. В таком процессе стадии сжатия разделены необратимым перепуском газа из одного объема в другой или внутренним подогревом газа, сопровождающимся увеличением энтропии. При сверхадиабатическом сжатии возможно сжигание как бедных так и богатых смесей при более высокой температуре сжатия, достигаемой без изменения конечного давления сжатия, или возможно увеличение массы заряда в цилиндре без изменения конечных параметров сжатия.

В последнее время в России и за рубежом проводятся интенсивные исследования по разработке химических реакторов сжатия и использованию их в химической промышленности. ХРС представляет собой тепловую баллистическую машину циклического действия, в которой осуществляется адиабатическое сжатие газа свободным или связанным поршнем. При сжатии происходит увеличение температуры до величины, необходимой для быстрого протекания химической реакции. В последующей стадии расширения происходит закалка получившихся продуктов реакции. Основной недостаток таких реакторов, препятствующий их широкому применению, связан с неэффективностью адиабатического сжатия многоатомных газов с низким показателем адиабаты у (у~1.2). Это означает, что для проведения многих практически важных реакций при характерной температуре 1500К и выше требуется сжимать газ до давления свыше ЮООатм. Решение данной проблемы также возможно с применением сверхадиабатического сжатия.

Как известно, при адиабатическом сжатии газа до степени сжатия Я давление увеличивается в Я7, а температура только в Я7'1 раз. Максимальное давление сжатия ограничивается прочностными характеристиками установки, т.е. не может превышать определенную величину. Поэтому увеличение эффективности баллистических установок может быть связано с применением сверхадиабатического сжатия, которое позволяет преодолеть указанные трудности. Режим сверхадиабатического сжатия может быть реализован, если в процессе сжатия тем или иным способом увеличить энтропию системы. Это можно осуществить, если газ в некотором объеме сжимать в несколько стадий, разделенных в пространстве и времени (например, объем разделен подвижными или неподвижными проницаемыми перегородками). Конечная температура такого многостадийного сжатия газовой смеси будет выше, чем при одностадийном "адиабатическом" сжатии до того же конечного давления. При этом достигается "сверхадиабатическая" температура нагрева и такой процесс можно определить как "сверхадиабатическое" сжатие. Эффект увеличения температуры объясняется возможностью совершения над смесью большей работы в результате достижения максимального давления в промежуточных стадиях сжатия. В настоящее время такой нагрев газа успешно применяется для увеличения эффективности драйвера со свободными поршнями. В такой установке каждая стадия сжатия отделена от последующей необратимым процессом перепуска газа в объем пониженного давления или в вакуум. Это приводит к возрастанию энтропии в системе, а, следовательно, к более эффективному разогреву рабочего газа (уменьшению конечной степени сжатия и давления при заданном энерговкладе или увеличению конечной температуры газа при фиксированной степени сжатия).

В настоящей работе развивается концепция сверхадиабатического сжатия в баллистических установках импульсного и циклического действия, со свободными и связанным поршнями. Рассмотрено сжатие в установках с двумя камерами, разделенными неподвижной или подвижной перфорированной перегородкой. В первом случае поршень имеет возможность перемещаться только в первой камере, осуществляя "сосредоточенное" сжатие газа у перегородки. Во втором случае реализуется "распределенное" сжатие газа при возможном движении поршня (или системы поршней) по всему объему установки. В тепловых машинах циклического действия рассмотрено также сжатие газа с внутренней рекуперацией тепла.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, 5 глав и заключения.

Основные результаты и выводы

В работе рассмотрены физические принципы нагрева газа в баллистических устройствах - установках импульсного сжатия и тепловых машинах циклического действия при использовании сверхадиабатического сжатия. Впервые термодинамические процессы во всех рассмотренных в работе баллистических устройствах со сверхадиабатическим сжатием газа, проанализированы с единой точки зрения. По результатам выполненной работы можно сформулировать следующие выводы:

1. Разработана математическая модель и проведены расчеты внутренней баллистики драйвера со сверхадиабатическим сжатием для гиперзвуковой ударной трубы расширения. Показано, что замена ударно-волнового перепуска на дросселирование приводит к существенному увеличению температуры сжатия. В частности, для драйвера с промежуточной двойной диафрагмой рост температуры гелия достигает 2 раз (до ~4000К), а для драйвера с дополнительным перфорированным поршнем 5 и более раз (до температуры -15000К).

2. Теоретически проанализированы способы сверхадиабатического сжатия в цилиндре ДВС: двухстадийное сжатие и сжатие с внутренней рекуперацией тепла. Показана возможность увеличения конечной температуры смеси в 1.31.5 раз по сравнению с обычным одностадийным сжатием.

3. Экспериментально исследован процесс сверхадиабатического сжатия на баллистической установке со свободным поршнем и достигнут коэффициент увеличения энтропии ~1.4. Показано, что при конечной степени сжатия ~20 возможно сжигание метано-воздушных смесей в широком диапазоне изменения концентрации метана вплоть до 30%.

4. На основе "инфракрасной горелки с радиационной полостью" предложена экспериментальная методика определения пределов воспламенения и горения газовых смесей. Обоснована возможность сжигания бедных и богатых смесей в ДВС со сверхадиабатическим сжатием.

5. Предложен и проанализирован новый метод газификации топлива в двигателе внутреннего сгорания при разделенном впуске топлива и воздуха в цилиндр ДВС. Показано, что разделенный впуск приводит к значительному сокращению массы неиспарившегося топлива.

6. Проанализирован термодинамический цикл химического реактора с двумя тактами двухстадийного сжатия. Показана возможность проведения парциального окисления метана при его 30% содержании в метано-воздушной смеси, при этом степень конверсии в синтез-газ может достигать 100% в условиях низкой степени сжатия ~10 и давлении не превышающем 50атм.

1. Златин Н.А., Красильщиков А.П., Мишин В.В., Попов Н.Н. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях. М.: Наука, 1974, с.344.

2. Исследование химических реакций при адиабатическом сжатии газов // Сб. трудов инст. нефтехимического синтеза. М.: Наука, 1978.

3. Колбановский Ю.А., Щипачев B.C., Черняк Н.Я. и др. Импульсное сжатие газов в химии и технологии. М.: Наука, 1982, с.240.

4. Харитон Ю.Б., Рейнов Н.М., Клязер В.Г. Исследование химических процессов, протекающих при сильных адиабатических сжатиях. В кн.: Сборник рефератов научно-исследовательских работ химических институтов АН СССР за 1940г. М.; Л.; Изд. АН СССР, 1940, с.121.

5. Маркевич A.M., Азатян В.В., Соколова Н.А. Адиабатическое сжатие как метод изучения химических процессов в нестационарных условиях // Кинетика и катализ, 1962, т.З, с.431-438.

6. Воинов А.Н., Скороделов Д.И., Соколов Ф.П. Зависимости задержек воспламенения углеводородовоздушных смесей при адиабатическом сжатии от температуры и давления // Кинетика и катализ, 1964, т.5, вып.З, с.388-398.

7. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977, с.277.

8. Сайдаминов С.С. Особенности газофазного окисления углеводородных топлив в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Ташкент: Изд-во ФАН, 1987, с.112.

9. Бузуков А.А. Исследование процессов воспламенения и сгорания водородовоздушной смеси на установе быстрого сжатия // ФГВ, 1999, т.35, N6, с.3-14.

10. Бузуков А.А. Установка быстрого сжатия для исследования процессов смесеобразованиям, воспламенения и сгорания топлива в поршневых двигателя внутреннего сгорания // Теплофизика и аэромеханика, 1999, т.6, N4, с.563-569.

11. Bush W. В., Fendell F.S., Fink S.F. Modelling end-gas knock in a rapid-compressed machine // AIAA Journal, 1985, v.23, N8, p.1223-1233.

12. Басевич В.Я., Веденеев В.И., Арутюнов B.C. Моделирование задержек самовоспламенения метановоздушных смесей в двигателе внутреннего сгорания // ФГВ, 1994, т.30, N2, с.7-14.

13. Басевич В.Я., Беляев А.А., Брандштетер В. и др. Моделирование самовоспламенения изооктана и н-гептана применительно к условиям ДВС // ФГВ, 1994, т.30, N6, с. 15-25.

14. Басевич В.Я., Фролов С.М. Сокращенная кинетическая схема для моделирования самовоспламенения воздушных смесей изооктана и н-гептана в течение периода индукции применительно к двигателям внутреннего сгорания // Хим. физика, 1994, т.13, N8-9, с.146-156.

15. Сеначин П.К., Бабкин B.C., Борисенко А.В. Самовоспламенение смеси перед фронтом пламени в поршневых двигателях с искровым зажиганием // ФГВ, 1997, т.ЗЗ, N6, с.3-13.

16. Сеначин П.К., Матиевский Д.Д., Свистула А.Е. Моделирование жесткой работы газодизеля как задача о самовоспламенении локального объема // Двигателестроение, 1998, N4, с.16-18.

17. Рябинин Ю.Н. Получение сверхвысоких давлений и высоких температур методом адиабатического сжатия // ЖЭТФ, 1952, т.23, вып.4(10), с.461-467.

18. Рябинин Ю.Н. Газы при больших плотностях и высоких температурах. М.: Физматгиз, 1959, с.71.

19. Рябинин Ю.Н., Маркевич A.M., Тамм И.И. Образование окиси азота при адиабатическом сжатии воздушных смесей // Докл. АН СССР, 1954, т.95, N1, с.111-113.

20. Рябинин Ю.Н., Маркевич A.M., Тамм И.И. Образование окиси азота при адиабатическом сжатии горючих смесей // Докл. АН СССР, 1957, т.112, N2, с.283-286.

21. Маркевич A.M., Тамм И.И., Рябинин Ю.Н. Образование синильной кислоты при сильном адиабатическом сжатии газовых смесей // Докл. АН СССР, 1957, т. 113, N4, с.856-859.

22. Маркевич A.M., Тамм И.И., Рябинин Ю.Н. Образование формальдегида при адиабатическом сжатии метано-кислородных смесей // Ж. физ. химии, 1958, т.32, N10, с.2242-2246.

23. Doolan С., Morgan R. Hypervelocity Simulation in a New Large Scale Experimental Facility // AIAA 18th Aerospace Ground Testing Conference, 1994, AIAA Paper 94-2492.

24. Neely A., Morgan R. The Superorbital Expansion Tube Concept, Experiment and Analysis // The Aeronautical Journal, 1994, N3, p.97-105.

25. Doolan C.A. Two-Stage Free-Piston Driver for Hypervelocity Expansion Tube // Thesis, The University of Queensland, Brisbane, Australia, 1996.

26. Kendall M., Morgan R., Petrie-Repar P. A Study of Free-Piston Driver Double-Diaphragm Drivers for Expansion Tubes // 35th Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, US, January 6-10,1997.

27. Morgan R. Review of the Use of Expansion Tubes for Creating Superorbital Flows // 35th Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, US, January 6-10,1997.

28. Stalker R. Development of a Hypervelocity Wind Tunnel // The Aeronautical Journal, 1972,76, p.374-384.

29. Кислых B.B., Крапивной K.B. Использование неизоэнтропического многокаскадного сжатия для получения плотного высокотемпературного газа //ТВТ, 1990, т.28, N6, с.1195-1204.

30. Шмелев B.M., Марголин А.Д., Василик Н.Я., Крупкин В.Г., Волов В.Т., Волов Д.В. Баллистический плазмотрон с вихревой камерой для накачки твердотельных лазеров // ТВТ, 1998, т.36, N4, с.548-551.

31. Шмелев В.М., Марголин А.Д., Василик Н.Я., Крупкин В.Г., Волов В.Т., Волов Д.В. Неэлектрический метод накачки твердотельных лазеров // ЖТФ, 1998, т.68, N9, с.67-70.

32. Kendall М., Morgan R., Jacobs P. A Compact Shock-Assisted Free-Piston Driver for Impulse Facilities // Dept. Research Report no. 9/96, Dept. of Mech. Eng., Univ. of Queensland, 1996.

33. Шмелев B.M., Кендал M., Морган Р. Нагрев газа в ударной трубе с помощью баллистического драйвера со свободным поршнем // ТВТ, 1998, т.36, N2, с.316-321.

34. Василии Н.Я., Крупкин В.Г., Марголин А.Д. и др. Оптимизация рабочих процессов в баллистическом плазмотроне с многостадийным нагревом // ТВТ, 1998, т.36, N3, с.380-384.

35. Бугаенко JI.T., Кузьмин М.Г., Полак JI.C. Химия высоких энергий. М.:Химия, 1988, с.366.

36. Dowling J.A., Shumsky J., Eckerman J., Schelier R.E. A Demonstration of Laser Pumping Using a Compress Gas Light Sourse // Appl. Phys. Letters, 1968, v.12, N5, p.184-185.

37. Василик Н.Я., Демкин B.K., Кружилин Ю.И. и др. Способ импульсной термомеханической обработки металлических изделий и устройство для его осуществления RU 2007477,1994.

38. Шмелев В. М., Василик Н. Я., Николаев В. М. Баллистические драйверы для ударных труб // ТВТ, 1999, т.37, N3, с.525 (деп. в ТВТ).

39. Магарил Е.Р. Автотранспорт, экология и качество моторных топлив // Известия вузов. Нефть и газ, 2003, N1, с.98-103.

40. Автомобильный справочник. М.: ЗАО КЖИ "За рулем". Изд. 2-е. 2004, с.992.

41. Пешкин М.А. Исследование влияния некоторых факторов на границы обеднения смеси в цилиндре бензинового двигателя. В кн. "Поршневые двигатели внутреннего сгорания". М.: Изд. АН СССР, 1956, с. 192-206.

42. Ronney P.D., Shoda М., Waida S.T. and Durbin E.J. Trottleless premixed-charge engine: concept and experiment // Proc. Instn. Mech. Engrs, 1994, PartD, 208, p. 13-24.

43. Пелипенко B.H., Русаков M.M., Шайкин А.П., Ахремочкин О.А. Добавки в бензовоздушную смесь, пределы воспламенения, токсичность двигателей внутреннего сгорания // XII Симпозиум по горению и взрыву, Черноголовка, 2000, с. 178-180.

44. Свиридов Ю.Б., Скворцов В.А. Влияние гомогенизации смеси на эффективные и токсические показатели бензинового двигателя // Двигателестроение, 1980, N5, с.7-10.

45. Свиридов Ю.Б., Скворцов В.А., Новиков Е.В. Гомогенизация топливно-воздушной смеси основа прогресса ДВС (начало) // Двигателестроение, 1982, N1, с.3-7.

46. Свиридов Ю.Б., Скворцов В.А., Новиков Е.В. Гомогенизация топливно-воздушной смеси основа прогресса ДВС (окончание) // Двигателестроение, 1982, N2, с.3-6.

47. Гуреев А.А., Камфер Г.М. Испаряемость топлив для поршневых двигателей. М.: Химия, 1982, с.264.

48. Салмин В. А., Матвеев Ю.В., Анищенко A.M. Способ приготовления топливной смеси в карбюраторных четырехтактных двигателях внутреннего сгорания и устройство для его реализации. RU 2084649, 1997.

49. Салмин В. А. Двигатель "СВА" // Автомобильная промышленность, 1997, N11, с.21-24.

50. Пищулин М.В. Почему не оправдал себя испарительный карбюратор Ю.Б. Свиридова? // Автомобильная промышленность, 2003, N9, с.23-25.

51. Durst F., Weclas М. A New Concept of I.C. Engine with Homogeneous Combustion in a Porous Medium // 5-th Int. Symposium on Diagnostics and Modeling of Combustion in ICE, COMODIA 2001, Nagoya, Japan, 2001, p.1/6-6/6.

52. Durst F., Weclas M. A new type of internation engine based on the porous-medium combustion technique // Proc. Instn Mech. Engrs, 2001, Part D, 215, p.63-81.

53. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев.: Наукова думка, 1984, с. 143.

54. Шкаликова В.П., Патрахальцев Н.Н. Применение нетрадиционных топлив в дизелях. М.: РУДН, 1993, с.64.

55. Носач В.Г., Скляренко Е.В., Кривоконь А.А. Исследование конверсии моторного топлива в системах питания дизелей // Промышленная теплотехника, 1993, т. 15, N3, с. 103-106.

56. Шаталов В.Н., Пугачев А.В. Способ подготовки топливновоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания. RU 2008494, 1991.

57. Пугачев А.В., Шаталов В.Н. Устройство для обработки топливовоздушной смеси двигателя внутреннего сгорания. RU 2008495,1991.

58. Передрий В.Ф., Носков Н.И., Петренко JI.A. Эффективность использования предварительной термохимической подготовки топлива в системах питания дизелей // Двигателестроение, 1990, N6, с. 31-32.

59. Передрий В.Ф., Носков Н.И., Петренко JI.A. Исследование условий для организации предварительной термохимической подготовки топлива в цилиндрах дизелей с целью улучшения их топливной экономичности // Двигателестроение, 1991, N1, с. 42-44.

60. Гуссак JI.A., Карпов В.П., Слуцкий В.Г., Спасский А.И. Скорость и стабильность выгорания при форкамерно-факельном зажигании в двигателе внутреннего сгорания // ФГВ, 1983, т.19, N5, с.104-108.

61. Демидов В.П. Двигатели с переменной степенью сжатия. М.: Машиностроение, 1978, с. 133.

62. Хуциев А.И. Управление степенью сжатия дизелей путем перепуска части заряда внутри цилиндра // Двигателестроение, 1982, N1, с.58-59.

63. Шмелев В.М. Неизоэнтропическое сжатие рабочей смеси в цилиндре ДВС // Проблемы машиностроения и автоматизации, 1999, N3, с.39-47.

64. Шмелев В.М. Неизоэнтропическое сжатие рабочей смеси в цилиндре шеститактного ДВС // Двигателестроение, 2000, N2, с.9-12.

65. Shmelev, V.M., Nikolaev V.M. Superadiabatic compression in an internal combustion engine. Proceeding of The Third Asia-Pacific Conference on Combustion (ASPACC 2001), Seoul, Korea, p.573-576.

66. Шмелев В.М., Николаев В.М. Способ работы двигателя внутреннего сгорания (варианты). RU 2176739,2001.

67. Shmelev, V.M., Nikolaev V.M. Superadiabatic compression in the cylinder of an internal combustion engine. The Second Mediterranean Combustion Synposium, Sharm El-Sheikh, Egypt, 2002, p. 1283-1292.

68. Шмелев B.M., Николаев В.М. Сверхадиабатическое сжатие в цилиндре ДВС // Проблемы машиностроения и автоматизации, 2002, N4, с.57-66.

69. Hustad, J.E., Sonju, O.K. Experimental studies of lower flammability limits of gases and mixtures of gases at elevated temperatures // Combust, and flame, 1988, v.71, p.283-294.

70. Луканин B.H., Морозов K.A., Хачиян A.C. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов. М.: Высшая школа, ч.1, 1995, с.368.

71. Варшавский Г.А. Горение капли жидкого топлива (диффузионная теория) // Тр. НИИ-1,1945, N6.

72. Godsave G.A.E. Studies of the combustion of drops in a fuel spray the burning of single drops of fuel // Proc. 4th Sumpos. (Intern.) on Combustion. Baltimore, Md.: Williams and Wilkins Co., 1953, p.818-829.

73. Spalding D.B. The combustion of liquid fuels // Proc. 4th Sumpos. (Intern.) on Combustion. Baltimore, Md.: Williams and Wilkins Co., 1953, p.847-864.

74. Основы горения углеводородных топлив. М.: ИЛ, 1960, с.664.

75. Рознер Д.Е. Горение капель жидкости при высоких давлениях // Ракетная техника и космонавтика, 1967, N1, с.210-216.

76. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967, с.491.

77. Liu X.Q., Wang С.Н., Law С.К. Simulation of fuel droplet gasification in SI engene // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 1984, N4, p.849-853.

78. Чин Д.С., Лефевр A.X. Определение характеристик испарения капель углеводородных топлив в стационарных условиях // Аэрокосмическая техника, 1984, т.2, N6, с.76-84.

79. Massoli P., Lazzaro М., Beretta F., D'Alessio А. // Instituto Motori C.N.R. Report on Research Activities and Facilities / Ed. Lorenzo A., Di. Napoli, 1993, p. 36.

80. Massoli P., Beretta F., D'Alessio A., Lazzaro M. // Applied Optics, 1993, v.32, N18, p.3295.

81. Басевич В.Я., Беляев A.A. и др. Испарение и горение капли углеводородного топлива. I. Неэмпирическая модель испарения однокомпонентной капли // Хим. физика, 2002, т. 21, N3, с.58-67.

82. Фролов С.М., Посвянский B.C., Басевич В.Я. и др. Испарение и горение капли углеводородного топлива. II. Неэмпирическая модель испарения капли с учетом многокомпонентной диффузии // Хим. физика, 2004, т. 23, N4, с.75-83.

83. Буравцев Н.Н., Колбановский Ю.А., Овсянников А.А., Платэ Н.А. Нетрадиционные химические реакторы на базе энергетических установок // Химическая промышленность, 1995, N1, с.4-7.

84. Глушенков М.Ю. Устройство для импульсного сжатия газов. RU2115467.1998.

85. Глушенков М.Ю. Устройство для импульсного сжатия газов. RU2142844.1999.

86. Фиумара А., Сальви Г. Термодинамика и стехиометрия неполного окисления метана свободным кислородом // IV Международный нефтяной конгресс. М., Гостоптехиздат, 1956, с. 109-122.

87. Каширский В.Г., Лункин. В.Н.,Удалов В.П. Расчетные характеристики процессов неполного горения метана // Изв. ВУЗов. Энергетика, 1974, N3, с.71-78.

88. Кобозев Н.И., Казарновский Я.С., Менделевич И.И. Взрывная конверсия метана. Сообщение 1 // Тр. Всесоюзного совещания по комплексной и химической переработке нефтяных газов. М.: Изд. АН СССР, 1956, с.133-141.

89. Казарновский Я.С., Деревянко И. Г., Стежинский А.И., Кобозев Н.И. Взрывная конверсия метана. Сообщение 2 // Тр. Всесоюзного совещания по комплексной и химической переработке нефтяных газов. М.: Изд. АН СССР,1956, с.142-152.

90. Кобозев Н.И., Казарновский Я.С., Менделевич И.И. Двигатель внутреннего сгорания как мотор-газогенератор // Тр. ГИАП, Вып. VII, 1957, с.155-166.

91. Штехер М.С. Сгорание переобогащенных смесей // В кн. "Рабочие процессы тепловых двигателей". М.: Оборонгиз, 1962, с. 84-104.

92. Karim G.A., Mech G.I., Moor N. P.W. The Production of Synthesis Gas and Power in a Compression Ignition Engine // Journal of the Instityte of Fuel, 1963, N3, p. 98-105.

93. Грунвальд B.P., Долинский Ю.Л., Пискунов C.E. и др. Способ получения синтез-газа. RU 2096313, 1998.

94. Колбановский Ю.А., Платэ Н.А. Энергетические установки в химической технологии // Нефтехимия, 2000, т.40, N5, с.323-333.

95. Генкин В.Н., Генкин М.В., Заборских Д.В., Колбановский Ю. А. Способ получения синтез-газа. RU 2120913,1999.

96. Аладышкин В.Я., Генкин В.Н., Мансфельд А.Д. и др. Гидропиролиз тяжелых углеводородов в импульсно-периодическом реакторе сжатия // Нефтехимия, 2003, т.43, N2, с. 105-109.

97. Платэ Н.А., Колбановский Ю.А., Овсянников А.А. Альтернативные пути уничтожения супертоксичных химических веществ в рамках многоплановой конверсии оборонного комплекса // Рос. хим. журн., 1994, N2, с.48-53.

98. Гусаров Е.Е., Малков Ю.П., Ротинян М.А. Технология безопасного уничтожения галогенорганических веществ и содержащих их промышленных отходов //Хим. пром., 2003, т.80, N3, с.26-29.

99. Арутюнов B.C., Веденеев В.И. Окислительное превращение метана. М.: Наука, 1998, с.361.

100. Борисов А.А., Политенкова Г.Г., Трошин К.Я. Воспламенение и горение сверхбогатых смесей метана с кислородом // Тез. докл. науч. конф. ИХФ РАН. М., 2003, с.30.

101. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. t.V, М.: Наука, 1964, с.568.

102. Ramos J.I. Internal Combustion Engine Modeling. HPB, New York , 1989, p.422.

103. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966, с.688.

104. Макарычев С.В., Смехов Г.Д., Яловик М.С. Излучение и радиационное охлаждение плазмы ксенона за фронтом сильной ударной волны // Изв. РАН. Сер. МЖГ, 1992, N1, с.155-162.

105. Волов В.Т., Волов Д.Б., Шмелев В.М. Термодинамические процессы истечения газа из ствола баллистического плазмотрона // Теплофизика высоких температур, 2000, т.38, N2, с.188-193.

106. Волов В.Т., Волов Д.Б., Шмелев В.М. Вопросы оптимизации процессов истечения газа из ствола баллистического плазмотрона // Журнал технической физики, 2000, т.70, вып.5, с. 17-21.

107. Волов Д.Б. Внутренняя баллистика одностадийного плазмотрона и закономерности радиационного теплообмена // Журнал технической физики, 2003, т.73, вып.5, с.30-34.

108. Добрего К.В., Жданок С.А. Физика фильтрационного горения газов. Минск. Изд. инс. тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова. 2002, с.204.

109. Борисов А.А., Кнорре В.Г., Пчельников А.В. и др. Воспламенение воздушных смесей пропана в широком диапазоне температур // Хим. физика, 2000, т. 19, N8, с.68-73.

110. Семенов В.И. Исследование индикаторного периода задержки воспламенения быстроходного многотопливного дизеля с камерой в поршне // Известия вузов. Машиностроение, 1970, N1, с.81-85.

111. Славинская Н.А., Старик A.M. О кинетических механизмах воспламенения изооктана в смеси с воздухом // ФГВ, 2004, т.40, N1, с.42-63.

112. Жданок С.А., Мартыненко В.В., Шабуня С.И. Получение сверхадиабатических температур при сжигании газообразного топлива в системе двух пористых пластин при периодическом изменении направления прокачки // Инж.-физ. журнал, 1993, т. 64, N5, с.569-576.

113. Шмелев В.М., Марголин А.Д., Крупкин В.Г. Горение перемешанной газовой смеси в каталитической радиационной горелке // Хим. физика, 1998, т. 17, N5, с.81-92.

114. Шмелев В.М. Горение перемешанной горючей смеси в радиационной полости между матрицей и перфорированным керамическим экраном // Хим. физика, 1999, т. 18, N5, с.84-89.

115. Шмелев В.М., Марголин А.Д. О горении газовой смеси над поверхностью перфорированной матрицы // Хим. физика, 2000, т. 19, N5, с.36-42.

116. Николаев В.М., Шмелев В.М. О впуске рабочей смеси в разреженный объем цилиндра ДВС // Тез. докл. науч. конф. ИХФ РАН. М., 2002, с.52-53.

117. Шмелев В.М., Николаев В.М., Марголин А.Д. Испарение топлива при его инжектировании в цилиндр двигателя внутреннего сгорания // Хим. физика, 2004, т.23, N4, с.84-94.

118. Pulkrabek W. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine.-Prentice Hall International Inc., 1997, p.412.

119. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972, с.720.

120. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982, с.592.

121. Верещагин И.П., Левитов В.И., Мирзабекян Г.З., Пашин М.М. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М.: Энергия, 1974, с.480.

122. Калужин С.А., Романов С.А., Свиридов Ю.Б. Экспериментальное исследование скоростей движения жидкой и газообразной фаз в дизельном топливном факеле // Двигателестроение, 1980, N7, с.5-8.

123. Нигмантулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987, 4.1, с.464.

124. Лиенхард. Влияние перегрева на форму распыла в струях перегретой жидкости // Теоретические основы инженерных расчетов, сер. D, 1966, т.88, с.166-168.

125. Lienhard J., Day J. The Breakup of Superheated Liquid Jets // Journal of Basic Engineering, 1970, N3, p.515-522.

126. Зуев В.E., Землянов А.А., Копытин Ю.Д. Нелинейная оптика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, с.256.

127. Zeng Y., Lee С. Modeling of Atomization under Flash Boiling Condition // The Third Asia-Pacific Conference on Combustion, 2001, Seoul, Korea, p.99-102.

128. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972, с.312.

129. Dryer F., Glassman L. High-temperature oxidation of CO and CH4 // 14th Sympos. (Intern.) on Combustion. 1973, p.987-1003.

130. Bradley D., Chin S.B., Draper M.S. and Hankinson G. Aerodynamic and flame structure within a jet-stirred reactor // 16th Sympos. (Intern.) on Combustion. 1977, p.1571-1581.

131. Nemeth A., Sawyer R. The overall kinetics of high-temperature methane oxidation in a flow reactor//J. Phys. Chem, 1969, v.73, N7, p.2421-2424.

132. Abdalla A.Y., Bradley D., Chin S.B., Lam C. Global reaction schemes for hydrocarbon oxidation // Oxidation Communication 4, 1983, Nos 1-4, p.l 13130.

133. Заманский B.M., Борисов А.А. Механизм и промотирование самовоспламенения перспективных топлив // Итоги науки и техники. Серия кинетика и катализ. М.: ВИНИТИ, 1989, т. 19, с.156.

134. Petersen E.L., Davidson D.F., Hanson R.K. Kinetic modeling of shock-induced ignition in low-dilution CH4/O2 mixtures at high pressures and intermediate temperatures // Combust, and flame, 1999, v. l 17, p.272-290.

135. Басевич В.Я., Беляев A.A., Фролов C.M. "Глобальные" кинетические механизмы для расчета турбулентных реагирующих течений. ч.1. Основной химический процесс тепловыделения // Хим. физика, 1998, т.17, N9, с.112-125.

136. Kataoka К., Segawa D., Kadota Т., et al. Characteristics of natural gas lean combustion through the compression of quiescent charge in a rapid compression combustor // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng., B. 1997, v.63, N608, p. 14561462.