ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моторные свойства водорода из "Применение водорода для автомобильных двигателей" Идея использования водорода в качестве топлива для поршневых ДВС не нова. В конце 20-х, начале 30-х гг. текущего столетия в Германии и Англии были начаты разработки водородных маршевых двигателей для аэростатов и подводных лодок. Однако в связи с техническими трудностями по организации рабочего процесса, обусловленными моторными свойствами водорода, а также в связи с отсутствием эффективных и безопасных способов его аккумулирования эти работы были приостановлены. [c.8] В начале 70-х гг. вследствие обострения энергоэкологиче-ской ситуации возврат к водороду как топливу, экологически чистому и имеющему неограниченную сырьевую базу, вполне оправдан. [c.8] При внутреннем смесеобразовании с подачей топлива в процессе сжатия рабочий объем цилиндра в конце впуска заполнен только воздухом, поэтому коэффициент к в знаменателе выражения для энергоемкости заряда будет отсутствовать. [c.9] Большое влияние на рабочий процесс двигателя оказывают свойства топлива (табл. 2), определяющие качество смесеобразования. При использовании водорода в качестве топлива для ДВС могут применяться несколько способов смесеобразования для двигателей с зажиганием от искры — внешнее и внутреннее (подача водорода как в процессе впуска, так и на линии сжатия) для двигателей с самовоспламенением — внешнее и внутреннее (подача водорода на линии сжатия и зажигание путем впрыска запальной дозы жидкого углеводородного топлива, а также подача водорода в конце такта сжатия по определенному закону совместно с запальной дозой жидкого углеводородного топлива) для газовых турбин — внутреннее с непрерывной подачей водорода в зону горения. [c.11] В случае внешнего смесеобразования степень гомогенности смеси определяется такими свойствами топлива, как температура кипения и диффузионная способность. Водород в этом отношении имеет прекрасные свойства температура кипения —253 °С, что в любых условиях работы двигателя исключает наличие жидкой фазы водорода в смеси коэффициент диффузии водорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,63 см /с, что в восемь раз превышает коэффициент диффузии углеводородных топлив в воздухе. [c.11] Указанные свойства водорода обеспечивают формирование высокогомогенной смеси и исключают образование жидкой пленки на поверхностях впускного тракта вследствие переохлаждения смеси в процессе смесеобразования и ее расслоения под действием ускорений в изгибах впускного тракта и пульсаций потока на впуске. [c.11] При внутреннем смесеобразовании с подачей топлива на линии сжатия требования к топливам по скорости формирования гомогенной смеси более жесткие, поскольку время, отводимое на смесеобразование, в этом случае в несколько раз меньше, чем при внешнем смесеобразовании. Указанные свойства водорода удовлетворяют этим требованиям лучше любого из углеводородных топлив, как жидких, так и газообразных. [c.11] Жесткие требования, предъявляемые к топливам по формированию гомогенной смесн, отпадают при внутреннем смесеобразовании с подачей топлива в конце сжатия, так как оно сгорает по мере подачи в цилиндр. В то же время топливо долж-но обладать способностью за очень короткий промежуток времени (примерно 1 мс) образовать горючую смесь. Водород, обладая высокой скоростью диффузии, в этом отношении представляет собой прекрасное топливо. Однако, так как данный способ смесеобразования может быть реализован в сочетании с принудительным зажиганием, могут возникнуть определенные трудности в четком согласовании момента зажигания и момента подачи водорода. Кроме того, могут иметь место определенные проблемы, связанные с аппаратурой впрыска водорода под высоким давлением вследствие его низкой плотности и сжимаемости. [c.12] В газотурбинных двигателях из-за большого расхода топлива сгорание водорода должно происходить непрерывно в любых условиях, причем с предварительно смешанными пламенами. При применении водорода, имеющего значительно большую диффузионную способность, так же, как и при использовании углеводородных топлив, целесообразным является внут реннее смесеобразование, которое обеспечивает быструю и высокую гомогенизацию смеси в зоне сгорания. [c.12] Особенности рабочего процесса двигателей, работающих на водороде, определяются главным образом свойствами водородовоздушной смеси, а именно пределами воспламенения, температурой и энергией воспламенения, скоростью распространения фронта пламени, расстоянием гашения пламени. Все зти свойства у водорода на порядок лучше, чем у углеводородных топлив (табл. 2). [c.12] Пределы воспламенения. Пределы изменения составов топливовоздушных смесей, при которых возможно их воспламенение и сгорание, называют пределами воспламенения и оценивают либо в объемных долях содержания топлива в смеси, либо коэффициентом избытка воздуха. Пределы воспламенения определяются экспериментально и их значения зависят от метода определения и условий эксперимента. [c.12] Температура воспламенения. Под температурой воспламенения понимают температуру, при которой смесь после огр деленного воздействия воспламеняется и продолжает гореть Наиболее точные данные по температурам воспламенения водородовоздуьчных смесей можно найти у В. Иоста [22]. [c.13] Большие периоды индукции, полученные Диксоном, по мнению В. Иоста, определяются не столько химическими процессами, сколько качеством смесеобразования. Подтверждением этому могут служить данные Преттра и ряда других авторов, которые при весьма тщательных исследованиях водородовоздушных смесей не смогли обнаружить заметных периодов индукции. [c.14] НОИ клапан, острые кромки на поверхности камеры сгорания) и нагароотложением. Это потребует дополнительных мероприятий по предупреждению неконтролируемого воспламенения. В то же время низкая энергия воспламенения в широких пределах коэффициентов избытка воздуха позволит использовать суш,ествуюш,ие системь зажигания при переводе бензиновых двигателей на водород с качественным регулированием мощности. [c.16] Исследования, выполненные во Всесоюзном научно-исследовательском институте газа К. И. Генкиным [15] на двигате-с прозрачной камерой сгорания, показывают, что в случае сгорания топливовоздушной смеси, состоящей из водорода и воздуха в стехиометрически необходимых количествах, скорость сгорания может достигать указанных выше величин. [c.17] Высокая скорость сгорания водородовоздушных смесей, с Одной стороны, должна оказывать положительное влияние на повышение эффективности рабочего процесса, а с другой сторо-может приводить к очень высоким скоростям нарастания давления в цилиндре двигателя, что нежелательно. [c.17] Расстояние гашения пламени для бензина и водорода составляет соответственно 0,25 и 0,06 см (см. табл. 2). Небольшое значение расстояния гашения пламени для водорода существенно сокращает зону неполного сгорания, причем полноценное горение происходит в вытеснителях и даже в зазоре между цилиндром и поршнем над первым поршневым кольцом, что также увеличивает эффективность процесса сгорания. [c.18] Водород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме инертных газов. Несмотря на это, он вследствие высокой энергии диссоциации имеет малую реакционную способность и в большинстве случаев необходимы высокие те -пературы или воздействие катализаторов, чтобы реакция могла протекать достаточно быстро. При комнатной температуре даже с кислородом в отсутствии катализатора реакция не протекает [22]. [c.18] Если же атомарный кислород, полученный в тлеющем разряде, вводить при комнатной температуре и давлении 0,1 МПа в поток водорода, то образуется небольшое количество Н2О. Тем не менее при 90 К реакция не происходит. Наоборот, если в поток кислорода добавить атомарный водород, то даже при температурах ниже 193 К наряду с Н2О можно обнаружить Н2О2. Считается маловероятным, чтобы реакция с образованием Н2О2 протекала гомогенно, более вероятным является протекание реакции у стенок. [c.18] Вернуться к основной статье