UNIVERSITÉ DU QUÉBEC - Завантажити PDF безкоштовно

1 UNIVERSITÉ DU QUÉBEC DOCTORA, ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В УНІВЕРСИТЕТІ КВЕБЕК В ТРУА-РФВЬЮРЕС, ЯК ЧАСТИЧНИМИ ВИМОГАМИ ДОКТОРАТА В РЕНДЖЕРЖЕ, ПРОПОЗИЦІЯМИ В РОЗШИРЕННІ В рамках ПРОТОКОЛУ ДОГОВОРУ З КВЕБАЙТЕРСЬКОГО БЮРГА СУМІШІ ЛИСТОПАД 2014

2 Університет Квебеку в бібліотечній службі Труа-Рів'є Попередження Автор цієї дисертації або дипломної роботи уповноважив Університет Квебека в Труа-Рів'єр розповсюджувати з некомерційними цілями копію дисертації чи дисертації. Цей розподіл не спричиняє відмови автора з боку його прав інтелектуальної власності, включаючи авторські права, на цю дисертацію або дисертацію. Зокрема, відтворення або публікація всієї або важливої частини цієї тези або тези вимагає її дозволу.

4 iii мікропроцесор того самого двигуна. Був розроблений аналітичний підхід на основі моделі Вібе та проведені випробування двигуна малої робочої сили, що працює із сумішшю стисненого природного газу та водню. Ця теза є плодом роботи, яка випливає з цього партнерства, і становить основу перспективної дослідницької осі, яка, безумовно, буде продовжуватися. lx Yves Dubé Дисертація x Lotfi Toubal Директор ко-дисертації

6 Ця теза є плодом роботи, що випливає з цього партнерства, і є основою перспективної дослідницької осі, яка, безумовно, буде продовжена в майбутньому. v

8 Віль М. Деманья Коффі, професор та директор Департаменту машинобудування (президент журі), пан Ів Дубе, професор та директор програмного комітету бакалаврату Департаменту машинобудування (директор досліджень), Лотфі Тубал, професор кафедри машинобудування, професор (співдиректор з досліджень) та пан Валід Гі, повний професор та директор модуля інженерної школи в UQA T (зовнішній оцінювач). Я хотів би висловити щиру подяку пані Енні Жирар, офіцеру з питань оплати праці в uqtr, пані Ізабель Дюпюї, науковому співробітнику в uqtr, пану Marc-André Hainse, який вийшов у відставку з uqtr та пану Jean Couillard, відповідальному за допоміжні послуги uqtr, за підтримку. Я ще раз дякую своїм друзям Отмане Беккауї, докторанту Університету Макмастера та Мішелю Лоїку, кандидату електротехніки, за їх приємну дружбу та підтримку у важкі часи. Цю роботу я присвячую: - Усій своїй родині і особливо моїй єдиній дочці Соурнії, бо без їхньої підтримки та без їхньої довіри я ніколи не зумів би завершити цю роботу! -Бенасер Бенхохра -Тріб де Ларбаа

9 Vlll "Я думаю, одного разу водень і кисень стануть невичерпними джерелами тепла і світла" Жуль Верн - Таємничий острів, 1874 р.

10 IX ЗМІСТ Резюме. ii Анотація iv Подяки vi Зміст ix Перелік публікацій xiv Перелік рисунків xv Перелік таблиць xix Номенклатура xx Розділ Вступ Загальний контекст. Завдання випуску Методологія Структура дипломної роботи. 5 Частина 1. Сучасний рівень Глава Основні поняття Двигун внутрішнього згоряння (внутрішнє згоряння) Дизельні двигуни (запалення від стиску) Бензинові двигуни (позитивне запалювання) Двигуни на природному газі Водневі двигуни II 2.6 Змішаний дизельний двигун/природний газ (NGV) Двигуни з воднем/вуглеводневі суміші. 15

11 х 2.8 Посилання Розділ Огляд літератури Водневі двигуни Аномальне згоряння в двигунах Формування суміші для згоряння Стратегії регулювання навантаження Огляди водневих двигунів Огляди аналітичних моделей Двигун, що працює на чистому природному газі Додавання водню до природного газу Суміш водню/стисненого природного газу Суміш метану з воднем Швидкість розповсюдження полум'я Час самозаймання Виготовлені хімічні види та попередньо змішане полум'я Суміш водню зі скрапленим нафтовим газом Двигуни зовнішнього згоряння Синтез огляду літератури Посилання Частина II. Чисті альтернативні види палива в МКБ Глава Продукти згоряння газового двигуна Резюме Вступ Аналіз публікацій Мета дослідження Вибір кількості невідомих у методі Зельдовича-Поламі

12 Xl 4.4 Опис методу розрахунку (за Квасниковим) Метод розрахунку викидів оксидів азоту. III 4.6 Порівняння результатів розрахунків з експериментальними даними Висновки Посилання Розділ Дизельний двигун, перетворений на газовий двигун з примусовою аспірацією Анотація Вступ Експериментальна установка Стенд випробування двигуна Математична модель Вибір ступеня стиснення та максимального тиску зарядки Багатокритеріальна оптимізація параметрів регулювання Результати оптимізаційного пошуку та побудови характеристичних карт Результати випробувань двигуна 6G4SS13/Визначення середнього викиду токсичної сполуки s, що імітує за допомогою 13-режиму, стаціонарного випробувального циклу ESC Висновки Список літератури Глава Процес горіння іскрово-запаленого водню паливний двигун Анотація Вступ Експериментальна установка Результати та обговорення Аналіз та математичне моделювання процесу згоряння

13 Xll водень Висновок Посилання Частина III. Альтернативні види палива, змішані в МКБ Глава Малий об’єм двигуна, що працює із сумішшю природного газу та водню Резюме Вступ Аналіз публікацій, пов’язаних із цим дослідженням Мета дослідження Випробувальний стенд Загальні положення розрахункової моделі Метод вибору ступеня стиснення Розв’язання проблеми оптимізація параметрів-регуляторів двигуна 4GCH7.5/7.35, що працює з паливною сумішшю Вибір інтервалу варіювання факторів при вирішенні задач оптимізації параметрів-регулятори двигуна Результати дослідження Картографії Основні технологічні та економічні параметри двигуна Висновки Посилання Частина IV. Двигун зовнішнього згоряння Розділ Двигуни зовнішнього згоряння Анотація Вступ

14 X1l1 8.3 Експериментальна установка Теоретична модель Результати та обговорення Висновки Посилання Розділ Висновки та перспективи Аналіз чистих альтернативних видів палива в MCI Аналіз альтернативних видів палива, що змішуються в MCI Аналіз двигунів зовнішнього згоряння Перспективи ДОДАТОК A ДОДАТОК B ДОДАТОК C

15 XIV СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ Стаття 1: Метод розрахунку рівноважного складу продуктів згоряння газового двигуна із іскровим запалюванням/Маамрі Р., Абрамчук Ф.І., Кабанов А, Дубе Ю., Тубаль Л., Коджо А// Східноєвропейський журнал корпоративних технологій, Харків Україна No 5/6 (53) - 63 с - pp Стаття II: Р Маамрі, Ф. 1. Абрамтшук, А Н. Кабанов, М. С. Ліпінський, Ю. Дубе, Л. Тубаль, А Коджо. Дослідження щодо коригування параметрів дизельного двигуна, перетвореного на газовий двигун з примусовою аспірацією, Американський журнал проектування транспортних засобів, 2013, вип. 1, No 1, Стаття III: Р. Маамрі, А. П. Марченко, О. О. Осетров, Ю. Дубе, Л. Тубаль, А. Коджо. Аналіз та математичне моделювання процесу згоряння вогнища із запаленим воднем на одній циліндрі іскрою, двигун Американський журнал проектування автомобілів, 2013, вип. 1, №2, Стаття IV: Вибір параметрів виконання легкого двигуна, що працює на суміші природного газу та водню/Маамрі Р., Абрамчук Ф.І., Кабанов А, Дубе Ю., Тубаль Л., Коджо А// Автомобільний транспорт, Харків Україна No pp Стаття V: R Maamri, WG Dyatshenko, A 1. Varonkov, OU Linkov, YN Nikitenko, Y. Dubé, L. Toubal, A Kodjo, Razvoj двигунів із зовнішнім згорянням, Американський журнал дизайну транспортних засобів, 2013, Політ. 1, No 2,25-29.

1Н 2 у повітрі. Хрест: 35% H2, кола: 25% H2, трикутники: 15% H2, квадрати: 5% H2, діаманти: 0% H2; особливості: моделювання (Коппенс, [12]) Порівняння експериментальних швидкостей полум’я сумішей CH 4 і C

/ 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]) Порівняння часу запалювання для стехіометричної метано-повітряної суміші з використанням рівняння Опенхейма з різними концентраціями водню при 1 атм. Виміряно та розраховано час самозаймання випробуваної суміші. Символи, що позначають результати експериментів: (0, метан, чистий

18 XVll Рисунок 5.5 Рисунок 5.6 Рисунок 5.7 Рисунок 5.8 Рисунок 6.1 Рисунок 6.2 Рисунок 6.3 Рисунок 6.4 Рисунок 7.1 Рисунок 7.2 Рисунок 7.3 Рисунок 7.4 Рисунок 7.5 Рисунок 7.6 Рисунок 7.7 Рисунок 7.8 Рисунок 8.1 Рисунок 8.2 Рисунок 8.3 Характеристика для e Зовнішня високошвидкісна характеристика двигуна 6GCHN13/14: --- примусова аспірація; атмосферна аспірація Зміни викидів двигуна 6GCHN13/14 за навантаженням (n = 1500 хв.]): атмосферна аспірація; --- примусова аспірація Зміни викидів 6GCHN13/14 за навантаженням (n = 2100 хв.]): природне аспірація; --- примусова аспірація Схематичний вигляд випробувального обладнання.: Вибір показника wебе m (a) і тривалості горіння

19 XV1l1 Рисунок 8.4 Рисунок 8.5 Вплив тиску продуктів згоряння ps в зоні, розташованій над поршнем, на вказані параметри двигуна зовнішнього згоряння при a = Вплив зміни співвідношення повітря та палива a в камері згоряння, на зазначені параметри зовнішнього двигуна внутрішнього згоряння атп = 5 МПа

20 X1X СПИСОК ТАБЛИЦ Таблиця 2.1 Викиди токсичних забруднюючих речовин залежно від додавання водню в природний газ Таблиця 3.1 Суміші природного газу, вибрані для прямого впорскування Таблиця 3.2 Технічні характеристики двигуна Таблиця 3.3 Результати, отримані за новою концепцією двигуна, порівняно з результатами прототипу газу двигун Таблиця 3.4 Характеристики двигуна Таблиця 3.5 Таблиця 3.6 Таблиця 5.1 Таблиця 5.2 Таблиця 5.3 Короткий опис експериментальних умов роботи щодо швидкостей полум’я метан/водень Початкові склади полум'яних конструкцій CHJH2 та проаналізовані види Діапазон варіацій параметрів двигуна для оптимізації роботи двигуна Результати випробування з двигуном з примусовою аспірацією 6GCHN13/14 з циклом випробувань ESC Результати випробувань двигуна з атмосферним всмоктуванням 6GCH13/1 4 з випробувальним циклом ESC Таблиця 6.1 Відповідні характеристики двигуна Таблиця 7.1 Інтервал зміни параметрів двигуна під час роботи вирішення проблем оптимізації параметрів - регулятори двигуна Таблиця 7.2 Результати випробувань, проведених на двигуні відповідно до циклу ESC

22 XXi LIT LNTU MEMS NASA YMP Лундський технологічний інститут Луцький національний технічний університет Мікроелектромеханічні системи Національне управління аеронавтики та космосу Ярославський моторний завод Хімія 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 Двоокис вуглецю Водень Негорілі вуглеводні Гідрофторуглероди Природний газ Закис азоту Радикальний гідроксил Ad av C c Car de H HC ini N th, гальмо toi Ml pe \ oi2r Advance Advance Carbon Supercharging (компресор) Паливо. Детонаційна ефективність Гідроген Гідроген та вуглець Хімічні види Початковий ламінар Азот Турбуенте Теоретичне гальмо Продукти згоряння метелика Змінні Геометричні параметри D Діаметр отвору [м] L Ход поршня [м] S Площа [м 2] V o Об’єм циліндра [м] 3] V t Миттєвий об’єм заряду [м 3] V c Об’єм зазору [m 3]

23 XXIl Коефіцієнт нагнітання випускного клапана Площа випускного клапана Поршень квадратний Коефіцієнт нагнітання впускного клапана Площа випускного клапана впускного клапана Коефіцієнт стиснення Кількість циліндрів Механічний M e N e Ефективний крутний момент Ефективна потужність Частота обертання колінчастого вала Кут подачі при запалюванні [Назва] [квт] [хв-і] Термодинаміка та горіння Co VC AfR ge gno x G shh

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

'Xoc Швидкість виробництва хімічного виду i Кількість спаленого палива Швидкість згоряння Коефіцієнт надлишку повітря Теоретична ефективність Коефіцієнт заповнення Коефіцієнт надлишку повітря Молярна маса атома вуглецю Молекулярна маса атома водню Молекулярна маса атома азоту Молярна маса кисню атом Молярна частка водню в паливі Коефіцієнт тиску наддуву Затримка самозаймання Багатство Кут повороту Відносний кут на початку горіння,

30 6 експериментальний. І нарешті, ми вказуємо математичну модель циклу згоряння із змінним індексом згоряння Вібе наддувного газового двигуна, перетвореного з дизельного двигуна. У третій частині (глава 7) представлені результати дослідження малооб'ємного двигуна, що працює на суміші природного газу та водню, та карти його мікропроцесорної системи управління, вказуючи при цьому математичну модель двигуна. змінний показник горіння Вібе. Також представлені результати випробувань, проведених на цьому двигуні. В останньому розділі ми описуємо двигун зовнішнього згоряння з іскровим запалюванням, що працює на бензині, для якого була розроблена математична модель та проведено чисельне моделювання 4-тактного циклу. Цей документ супроводжується двома додатками: у додатку А статті представлені в оригінальній версії, тобто російською мовою. Додаток В узагальнює веб-сайти, на яких згадуються або цитуються опубліковані статті.