3.1.1 Продолжительность первой фазы сгорания и особенности ее протекания при добавке водорода.

Как показали исследования и анализ литературы [15, 28, 49, 93, 107, 108, 126], продолжительность первой фазы, при одинаковом искровом разряде, зависит от различных факторов:

химического состава смеси - влияющего на воспламеняемость ТВС и концентрацию активных радикалов в ядре пламени;

турбулентности потока - обеспечивающей интенсивный подвод в зону горения свежей смеси, и отвод тепла от очага воспламенения в свежую ТВС;

температуры и давления в момент воспламенения - определяют условия распространения пламени. - Влияние турбулентности смеси оценивалось через влияние изменения скоростного режима, влияние температуры и давления в момент воспламенения оценивалось через изменения УОЗ, а влияние химического состава смеси определялось по изменению а и количеству добавляемого водорода. На рисунке 3.2 представлена продолжительность по времени первой фазы сгорания для УОЗ =

13° ПКВ, при изменении скоростного режима с 600 до 900 мин"1 и добавки 5% водорода по массе топлива. С увеличением частоты вращения продолжительность первой фазы уменьшается. Это связано с увеличением турбулентности заряда при увеличении частоты вращения. Эта разница более заметна на богатых смесях и менее на бедных. Так для 600 мин"1, при а = 1 и 1.3 продолжительность первой фазы составит 1.55 и 2.51 мс, а для 900 мин'1 составит 0.9 и 2.02 мс, соответственно. Что составляет сокращение продолжительности первой фазы при увеличении частоты вращения с 600 до 900 мин"1 на 41% для а = 1 и 19% для а = 1.3. Уменьшение влияния турбулентности потока на продолжительность первой фазы при обеднении смеси связано с тем, что с обеднением смеси значительно ухудшаются условия распространения пламени, и число обрывов цепей химических реакций увеличивается. При этом добавка 5% водорода значительно увеличивает число активных центров в очаге пламени, тем самым, повышая число химических реакций, что увеличивает интенсивность тепловыделения в очаге пламени и разогрев соседних слоев свежей смеси, что позволяет быстрее сформировать устойчивый фронт пламени. Это подтверждается при рассмотрении влияния увеличения частоты вращения (турбулентности потока) на продолжительность первой фазы при добавке 5% водорода. Так для 600 мин"1, при а = 1 и 1.3 продолжительность первой фазы составит 1.37 и 1.88 мс, а для 900 мин"1 составит 0.75 и 1.23 мс, соответственно. Что составляет сокращение продолжительности первой фазы при увеличении частоты вращения на 45% для а = 1 и 34% для а = 1.3. Таким образом, добавка 5% водорода позволяет лучше использовать увеличение интенсивности турбулентности при увеличении частоты вращения для развития начального очага горения, что является отличительной особенностью процесса сгорания при добавке водорода в ТВС.

На рисунке 3.3 приведена продолжительность первой фазы по углу поворота коленчатого вала для УОЗ = 13° ПКВ, при изменении скоростного режима с 600 до 900 мин"1 и добавки 5% водорода. Как видно из рисунка при увеличении частоты вращения продолжительность первой фазы по углу поворота несколько уменьшается для а = 1, но при обеднении смеси увеличивается.

72

мин'1 составит 3.67 и 6.74 градусов ПКВ, соответственно. Что составляет сокращение продолжительности первой фазы при увеличении частоты вращения на 6.6% для а = 1 и -39% для а = 1.3 без водорода и 23% для а = 1 и 5% для а = 1.3 с 5% добавкой водорода. Что еще раз показывает отличительное влияние водорода, которое позволяет лучше использовать увеличение турбулентности для развития начального очага горения.

09 1 1,1 а 1,2 1,3 14 15

Рисунок 3 2- Изменение продолжительности первой фазы сгорания в миллисекундах, по составу смеси а, для п = 600 и 900 мин'1, УОЗ =13° ПКВ, без водорода и при

добавке 5%.

Рисунок 3.3 - Изменение продолжительности первой фазы сгорания в градусах ПКВ, по составу смеси а, для п = 600 и 900 мин'1, УОЗ = 13° ПКВ, без водорода и при добавке 5%.

а

4 т г

Из рисунка 3.4 видно, что с увеличением УОЗ продолжительность первой фазы увеличивается. Так для 900 мин"1, а = 1 при УОЗ = 13, 19 и 26° ПКВ продолжительность первой фазы составляет 0.82, 0.9 и 0.96 мс, а для а = 1.3 - 1.59, 1.73 и 2 мс, соответственно, что связано с понижением температуры и давления смеси в момент подачи искры. Что показывает влияние физических параметров смеси в момент воспламенения на продолжительность первой фазы, которое отражено в работах [117, 139]

Рисунок 3.4 - Продолжительность первой фазы при изменении УОЗ по составу смеси а, без водорода и при добавке 5% водорода, п = 900 мин'1, УОЗ = 13°, 19° и 26° ПКВ.

Влияние состава смеси на продолжительность первой фазы сгорания показано на рисунках 3.2, 3.3 и 3.4. С обеднением смеси, начиная от а = 0.85 - 0.95 продолжительность первой фазы увеличивается. Так для 900 мин"1, УОЗ=16° ПКВ, при а = 0.9 и 1.3 продолжительность первой фазы составит 0.8025 и 2.195 мс соответственно. Это связано с уменьшением концентрации активных радикалов в очаге пламени, что уменьшает интенсивность тепловыделения, и разница в количестве выделившегося тепла при сгорании и количеством тепла переданного в окружающие слои ТВС уменьшается, тем самым, увеличивая продолжительность первой фазы сгорания. Влияние водорода на продолжительность первой фазы сгорания показано на рисунке 3.2, 3.3 и 3.4. Добавление водорода увеличивает концентрацию активных радикалов в ядре

пламени, которые очень быстро диффундируют в несгоревшую смесь, ускоряя тем самым протекание сгорания, что уменьшает продолжительность первой фазы. Причем влияние водорода усиливается при обеднении смеси за счет увеличении интенсивности турбулентности при повышении частоты вращения.