Введение
1. Постановка проблемы. цель и задачи исследования 21
1.1. Социально-экологические аспекты воздействия мобильной сельскохозяйственной техники на окружающую среду 22
1.2. Состав и воздействие отработавших газов дизелей на организм человека и окружающую среду 27
1.2.1. Состав отработавших газов на различных режимах работы ДВС. 27
1.2.2. Образование токсичных компонентов в цилиндре двигателя и их воздействие на человека и окружающую среду 31
1.3. Пути снижения токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания 46
1.3.1. Совершенствование конструкции ДВС и организация малотоксичных рабочих процессов 48
1.3.2. Применение альтернативных видов топлива и специальных присадок 57
1.4. Современные системы термической и каталитической очистки отработавших газов ДВС 64
1.4.1. Теоретические основы и классификация систем снижения токсичности 64
1.4.2. Термические нейтрализаторы 69
1.4.3. Каталитические нейтрализаторы 72
1.4.4. Системы рециркуляции отработавших газов 78
1.4.5. Комплексные системы снижения токсичности отработавших газов 81
1.5. Влияние эксплуатационных факторов на токсичность отработавших газов дизелей 84
1.6. Обоснование направлений теоретических исследований процессов, протекающих в нейтрализаторах отработавших газов при работе дизеля 87
1.7. Выводы. Цель и задачи исследования 97
2. Общая методика и структура исследований 100
2.1. Содержание и общая структура исследований 100
2.2. Методика проведения теоретических исследований 103
2.3. Методика проведения параметрической оптимизации нейтрализаторов отработавших газов 104
2.4. Методика проведения экспериментальных исследований 106
2.4.1. Задачи экспериментальных исследований 108
2.4.2. Оборудование, используемое для стендовых и эксплуатационных исследований 111
2.4.3. Особенности методик экспериментального исследования нейтрализаторов отработавших газов 119
2.4.4. Обработка результатов испытаний, оценка точности и ошибок экспериментальных исследований 124
2.5. Выводы 128
3. Теоретические исследования и моделирование процессов, протекающих в нейтрализаторах для термической и каталитической очистки отработавших газов дизелей 129
3.1. Обоснование направлений теоретических исследований 129
3.2. Структурная схема моделируемой системы 131
3.3. Тепловой баланс и теплоизоляция корпуса нейтрализатора 133
3.4. Кинетика химических реакций, протекающих в нейтрализаторе отработавших газов дизеля 138
3.5. Газодинамические процессы в нейтрализаторе отработавших газов дизеля 142
3.5.1. Разработка геометрических параметров входной части (диффузора) нейтрализатора отработавших газов 142
3.5.2. Разработка геометрических параметров выходной части (конфузора) нейтрализатора отработавших газов 147
3.5.3. Разработка конструкции реакторной части (зоны засыпки катализатора) 149
3.6. Термический нейтрализатор отработавших газов дизеля 153
3.6.1. Расчет толщины слоя тепловой изоляции корпуса термического нейтрализатора 156
3.6.2. Определение коэффициента газодинамического сопротивления термического нейтрализатора 159
3.6.3. Механизм сепарации сажи в циклоне термического нейтрализатора 162
3.7. Каталитический нейтрализатор (КН) отработавших газов дизеля. 165
3.8. Термокаталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля (НОГД) 170
3.8.1. Выбор схемы НОГД и обоснование его конструкции 171
3.8.2. Разработка конструкции блока концентрических экранов НОГД.. 177
3.8.3. Теплопередача в зоне блока концентрических экранов 179
3.8.4. Общее газодинамическое сопротивление в НОГД 184
3.9. Электротермокаталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля (ЭТКН) с закручивающим устройством (ЗУ) лопаточного типа 186
3.9.1. Выбор схемы ЭТКН и обоснование его конструкции 186
3.9.2. Функциональная схема ЭТКН для математического моделирования 190
3.9.3. Газодинамика движения потока в лопаточном закручивающем устройстве (ЗУ) с конусным отражателем и осевым подводом потока отработавших газов 193
3.9.4. Толщина пограничного слоя в коническом диффузоре с кольцевым сечением (по характеристикам пограничного слоя)... 197
3.9.5. Газодинамика движения потока ОГ в зоне термического нейтрализатора, рециркуляционная зона, прецессирующее вихревое ядро 203
3.9.6. Динамика движения закрученного потока в цилиндрическом слое катализатора с осевым подводом потока отработавших газов 206
3.9.7. Газодинамические потери в элементах ЭТКН 208
3.9.8. Динамика движения и сепарации частиц сажи в струе закручивающего устройства с конусным отражателем в ЭТКН... 217
3.9.9. Диффузия и кинетика химических реакций в термической и каталитической зонах ЭТКН 220
3.9.10. Тепловые потоки в ЭТКН 223
3.9.11. Оценивание параметров точности и адекватности математических моделей процессов в ЭТКН 227
3.9.12. Результаты математического моделирования процессов, протекающих в ЭТКН 228
3.10. Выводы 249
4. Теоретические основы расчетно-экспериментальной оптимизации параметров устройств для уменьшения токсичных выбросов дизелей 251
4.1. Постановка задачи параметрической оптимизации конструкции нейтрализатора 251
4.2. Формирование и расчет критериев качества устройств для уменьшения токсичности выбросов ДВС 252
4.3. Результаты оптимизации основных параметров термического (УСТ) и каталитического (КН) нейтрализаторов 256
4.4. Комплексный критерий эффективности нейтрализатора отработавших газов дизеля 262
4.5. Результаты параметрической оптимизации конструкции ЭТКН... 265
4.6. Методика оценки эффективности устройств для снижения токсичных выбросов дизелей на различных режимах работы машинно-тракторного агрегата 269
4.7. Выводы 275
5. Результаты экспериментальных исследований 276
5.1. Исследование мощностных и топливно-экономических показателей дизеля Д-240 с экспериментальными нейтрализаторами 276
5.2. Исследование показателей и характеристик изменения концентраций токсичных компонентов и сажи в отработавших газах дизеля Д-240 с экспериментальными нейтрализаторами 281
5.3. Исследование показателей и характеристик эффективности разработанных нейтрализаторов 288
5.4. Результаты измерений уровня шума 292
5.5. Результаты эксплуатационных испытаний 295
5.6. Выводы 296
6. Внедрение результатов исследований в производство и их технико-экономическая и экологическая оценка 298
6.1. Внедрение результатов исследований в производство 298
6.2. Технико-экономическая и экологическая оценка применения нейтрализатора на тракторном дизеле 299
Общие выводы 303
Литература 305
Приложения 332
