Сборник статей 15-ой конференции молодых ученых Литвы «НАУКА БУДУЩЕЕ ЛИТВЫ», 4 мая 2012 г., Вильнюс, Литва

Similar documents
Gauta , pateikta spaudai

IMPROVEMENT OF EFFICIENCY OF OPERATION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY USING BROWN S GAS

BENZINO IR BIOETANOLIO MIŠINIAIS VEIKIANČIO VARIKLIO DARBO RODIKLIŲ TYRIMAS

Gediminas Pupinis, Mindaugas Nakčiūnas, Vaclovas Kurkauskas, Rimvydas Ambrulevičius

EURO FuelSaver S.r.l. SUPER TECH. + energy + economy + ecology. REFER BOOK University of Vilnius Reference.

VIDAUS DEGIMO VARIKLIO ŽVAKIŲ EROZIJA IR JOS TYRIMO PRIETAISAS SPARK PLUG EROSION IN SI ENGINE AND EROSION TEST DEVICE. Audris Šimakauskas.

Nacionaliniai mobilumo konsorciumai Greta Nutautait

Padėtis Kiekis Aprašymas 1 ALPHA Produkto Nr.:

RESEARCH OF A COMBUSTION PROCESS IN A SPARK IGNITION ENGINE, FUELLED WITH GASEOUS FUEL MIXTURES

ATASKAITA m. Sutartis Nr. 4F06-49.

THE IMPACT OF MOTOR VEHICLE DRIVER BEHAVIOUR FACTORS ON TRAFFIC SAFETY

FUNCTIONS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES COMPONENTS PADALOMOJI MEDŽIAGA MOKYTOJUI. Fuel delivery system consists of kuro padavimo sistemą sudaro:

INVESTIGATION OF TRACTOR PERFORMANCE DURING PLOUGHING OPERATION

Lithuanian wind energy development trends

LAZERIO SU STRYPINIU IR PLOKŠČIUOJU LAZERINIU ELEMENTAIS SKAITMENINIS MODELIAVIMAS LASCAD PROGRAMŲ PAKETU

Hydrogen Natural gas blends in an I.C. Engine

LIETUVOS GYVENTOJŲ MITYBOS ĮPROČIAI 2013 METAIS

SIMULIACINĖS PROGRAMOS CARSIM PANAUDOJIMO GALIMYBĖS AUTOMOBILIŲ SKERSINĖS DINAMIKOS TYRIMUOSE

VILNIAUS MIESTO VIEŠOJO TRANSPORTO KELEIVIŲ SRAUTŲ ANALIZĖS SISTEMOS SUKŪRIMAS ANALIZĖ

Gauta , pateikta spaudai

LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO IR MAISTO PRODUKTŲ EKSPORTO RINKOS. Vida Dabkienė Lietuvos agrarinės ekonomikos institutas

Effect of hydrogen and gasoline fuel blend on the performance of SI engine

EFFECT OF H 2 + O 2 GAS MIXTURE ADDITION ON EMISSONS AND PERFORMANCE OF AN SI ENGINE

We are IntechOpen, the world s leading publisher of Open Access books Built by scientists, for scientists. International authors and editors

Priedas Nr. II-7. II-7 Dirbanc iu ju skurdo situacijos vertinimas

EEN-E2002 Internal Combustion Definitions and Characteristics, lecture 3. January 2017, Martti Larmi

Kul Internal Combustion Engine Technology. Definition & Classification, Characteristics 2015 Basshuysen 1,2,3,4,5

INVESTIGATION OF LOCOMOTIVE ELECTRODYNAMIC BRAKING

ORGANIZACIJOS KONKURENCIJOS STRATEGIJOS PASIRINKIMAS

THE IMPACT OF BIOETHANOL FUEL ON AGRICULTURAL TRACTOR ENGINE S EXHAUST GAS BIOETANOLIO DEGALŲ ĮTAKA TRAKTORIAUS VARIKLIO IŠMETAMŲJŲ DUJŲ SUDĖČIAI

Internal Combustion Engine

Šviežio ir naudoto augalinio aliejaus peresterifikavimo reakcijos tyrimas

Comparative Analysis of Performance and Emission of a Homogenous Combustion Compressed Natural- Gas Direct Injection Engine

Modification of rapeseed oil with free fatty acids

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS ALTERNATYVIOSIOS ENERGIJOS MIKROTINKLO PROJEKTAVIMAS IR VALDYMAS

Experimental Researches of Fuelling Systems and Alcohol Blends on Combustion and Emissions in a Two Stroke Si Engine

Department of Engineering Science University of Oxford. Particulate Matter Emissions from a Highly Boosted GDI engine

FUELS AND COMBUSTION IN ENGINEERING JOURNAL

Combustion Characteristics of a Direct-Injection Engine Fueled with Natural Gas-Hydrogen Blends under Various Injection Timings

Numerical Analysis of SI Engine Operating on Methanol Fuel

An Investigation of Compressed Natural Gas Engine for Nitrogen Oxides Reduction

Università degli Studi di Roma Tor Vergata Modeling Combustion of Methane- Hydrogen Blends in Internal Combustion Engines (BONG-HY)

A++ Naujos Aquarea H kartos įrenginiai. Patogumo grožis SISTEMOS DIDELIS ENERGIJOS NAUDOJIMO EFEKTYVUMAS

Combustion and emission characteristics of HCNG in a constant volume chamber

EXPERIMENTAL STUDY OF A SPARK IGNITION ENGINE FUELED WITH GASOLINE AND HYDROGEN IN ADDITION

METALINIŲ DANTYTŲ PLOKŠTELIŲ, SKIRTŲ MEDINĖMS KONSTRUKCIJOMS JUNGTI, STIPRUMO TYRIMAS

RVASVT sistemos įvertinimas X maisto prekių parduotuvėse. Assesment of the HACCP systém in X grocery stores

LEAN VADYBOS KONCEPCIJA IR TAIKYMAS ĮMONĖJE

Selected aspects of the use of gaseous fuels blends to improve efficiency and emission of SI engine

AUTOMOBILIŲ PREKYBOS RINKOS FORMAVIMOSI YPATUMAI LIETUVOJE

PASKIRSTYTOS GENERACIJOS INTEGRACIJA Į ELEKTROS ENERGETIKOS SISTEMĄ IR ĮTAKA ENERGIJOS TIEKIMO PATIKIMUMUI

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS EKONOMIKOS IR VERSLO FAKULTETAS

Užsienio valiutos kurso rizikos matavimo metodai ir jų taikymas Lietuvoje

COMBUSTION AND PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF A SMALL SPARK IGNITION ENGINE FUELLED WITH HCNG

Experimental Tests of Blends of Hydrogen and Natural Gas in Light Duty Vehicles. Fernando Ortenzi

Optical methods for combustion research

Technical Occurrence Report Form pildymo instrukcijos

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS EKONOMIKOS IR VERSLO FAKULTETAS MAGISTRO DARBAS

Spark Ignition Engine Combustion

Buses ensure environmentally friendly mobility Wolfgang Fahrnberger - Chairman of the Management at NEOMAN Bus GmbH

Test of blends of hydrogen and natural gas in a light duty vehicle

Experimental Investigation of Performance and Emissions of a Stratified Charge CNG Direct Injection Engine with Turbocharger

ALEKSANDRO STULGINSKIO UNIVERSITETO EKONOMIKOS IR VADYBOS FAKULTETO EKONOMIKOS KATEDRA. Diana JASTREMSKIENĖ

Spark Ignition Engine Fueled by Hydrogen: Comparative Analysis

Engine Tests with Ambixtra Ignition System

PADALOMOJI MEDŽIAGA MOKYTOJUI

REVIEW OF ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES IN MODERN HYDRAULIC DRIVES

BIODEGALŲ GAMYBOS IR VARTOJIMO MODELIAI BALTIJOS ŠALYSE

TECHNICAL UNIVERSITY OF RADOM

BIODEGALAI. Part-financed by the European Union (European Regional Development Fund and European Neighbourhood and Partnership Instrument)

THE USE OF Φ-T MAPS FOR SOOT PREDICTION IN ENGINE MODELING

Study of Vehicle ESP System and Analysis of Dynamics in the Vehicle by Simulation using vedyna

Simulation and Experimental Study on Secondary Voltage of Dual-coil Ignition System

Fault simulation of the sensors in gasoline engine control system

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 7, Issue 8, August-2016 ISSN

We are IntechOpen, the world s leading publisher of Open Access books Built by scientists, for scientists. International authors and editors

TECHNICAL PAPER FOR STUDENTS AND YOUNG ENGINEERS - FISITA WORLD AUTOMOTIVE CONGRESS, BARCELONA

LIETUVOS ŽEMĖS IR MAISTO ŪKIS

NV300 NISSAN. Spausdinti Uždaryti

Effect of Biodiesel Fuel on Emissions from Diesel Engine Complied with the Latest Emission Requirements in Japan Ref: JSAE Paper No.

Alternative driveline concepts Going for gas!

7BP programos projekto ENERCOM tyrimų rezultatai Lietuvoje

Study on Performance and Exhaust Gas. Characteristics When Biogas is Used for CNG. Converted Gasoline Passenger Vehicle

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE EFFECT OF HYDROGEN BLENDING ON THE CONCENTRATION OF POLLUTANTS EMITTED FROM A FOUR STROKE DIESEL ENGINE

Computational Study of Homogeneous and Stratified Combustion in a Compressed Natural Gas Direct Injection Engine

PERFORMANCE EVALUATION OF EXTERNAL MIXTURE FORMATION STRATEGY IN HYDROGEN-FUELED ENGINE

Hydrogen addition in a spark ignition engine

The influence of fuel injection pump malfunctions of a marine 4-stroke Diesel engine on composition of exhaust gases

Dual Fuel Combustion an Applicable Technology for Mobile Application?

Numerical Investigation of the Effect of Excess Air and Thermal Power Variation in a Liquid Fuelled Boiler

Control of PCCI Combustion using Physical and Chemical Characteristics of Mixed Fuel

ŠEŠĖLINĖS EKONOMIKOS ŽEMĖS ŪKIO IR MAISTO PRODUKTŲ RINKOJE ĮTAKA ŠALIES BIUDŽETUI

Numerical Investigation of a 4-Stroke, 8-Cylinder Diesel Engine Using a 1-D Code

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THERMAL PERFORMANCE OF PETROL ENGINE USING FUEL CATALYST

COMBUSTION TEMPERATURE AND EXHAUST GAS COMPOSITION IN SI ENGINE FUELLED WITH GASEOUS HYDROCARBON FUELS

Improving Performance of Compressed Natural Gas Fueled Passenger Car Engine by Addition of Hydrogen

A REVIEW of HYDROGEN-ENRICHED COMPRESSED NATURAL GAS (HCNG)-FUEL in DIESEL ENGINES

Scaling Functions for the Simulation of Different SI-Engine Concepts in Conventional and Electrified Power Trains

CHARACTERISATION OF THE COMBUSTION PROCESS IN THE SPARK IGNITION AND HOMOGENEOUS CHARGE COMPRESSION IGNITION ENGINE

Vaistų efektyvumo statistinė analizė Statistical analysis of the medicine effectiveness

Transcription:

LAIS TRANSPORTO INŽINERIJA IR VADYBA 15-osios Lietuvos jaunųjų mokslininkų konferencijos MOKSLAS LIETUVOS ATEITIS straipsnių rinkinys, 2012 m. gegužės 4 d., Vilnius, Lietuva TRANSPORT ENGINEERING AND MANAGEMENT Proceedings of the 15th Conference for Lithuania Junior Researchers SCIENCE FUTURE OF LITHUANIA, 4 May 2012 Vilnius, Lithuania ИНЖЕНЕРИЯ ТРАНСПОРТА И ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕВОЗОК Сборник статей 15-ой конференции молодых ученых Литвы «НАУКА БУДУЩЕЕ ЛИТВЫ», 4 мая 2012 г., Вильнюс, Литва VARIKLIO DARBO MODELIAVIMAS NAUDOJANT SKIRTINGUS SUSLĖGTŲ GAMTINIŲ DUJŲ IR VANDENILIO DEGALŲ MIŠINIUS Mindaugas Melaika 1, Alfredas Rimkus 2 1 Vilniaus technologijų ir dizaino kolegija 2 Vilniaus Gedimino technikos universitetas El. paštas: 1 m.melaika@vtdko.lt; 2 alfredas.rimkus@vgtu.lt Santrauka. Vilniaus miesto viešasis transportas 2011 m. nusprendė atnaujinti autobusų parką, įsigydamas naujus MAN Lion s City autobusus su suspaustų gamtinių dujų (SGD) maitinimo sistema. Autobusuose įdiegtos naujos kartos dujų maitinimo sistemos leidžia ne tik efektyviai sumažinti išmetamųjų deginių kiekius mažesnius nei šiuo metu yra priimtas EURO 5 standartas, bet ir pasiekti ateityje numatytą priimti EURO 6 standartą. Pasaulyje atliekami gamtinių dujų ir vandenilio degalų mišinių panaudojimo moksliniai tyrimai siekiant sumažinti degalų sąnaudas, pagerinti transporto priemonių variklių efektyvumą bei sumažinti išmetamųjų deginių CO, CO 2, HC ir NO x kiekius viešajame transporte. Analizuojant suspaustų gamtinių dujų ir vandenilio degalų mišinio efektyvumą pasirinktoje transporto priemonėje panaudota skaitinio modeliavimo programa Diesel-RK. Modeliavimo metu nustatyta, kad varikliui dirbant su vandenilio priedais ne tik padidėja variklio galia, bet ir kenksmingų NO x deginių kiekis. Siekiant surasti optimalius variklio darbo rėžimus bei žemą išmetamųjų deginių kiekį, modeliavimas atliktas keičiant išmetamųjų dujų recirkuliacijos sistemos ir oro pertekliaus koeficiento parametrus. Reikšminiai žodžiai: suspaustos gamtinės dujos, vandenilis, vidaus degimo variklis, išmetamųjų dujų recirkuliacija, oro pertekliaus koeficientas. Įvadas Vilniaus autobusų parkas šiuo metu eksploatuoja apie 400 autobusų, kurių didžioji dalis turi dyzelinę degalų maitinimo sistemą. Apie 25 % autobusų parko transporto priemonių naudoja suslėgtas gamtines dujas (SGD). Nors gamtinių dujų degalų panaudojimas leidžia sumažinti kenksmingų išmetamųjų dujų, tokių kaip anglies monoksidas (CO), anglies dvideginis (CO 2 ), angliavandeniliai (HC), kietosios dalelės, kiekius, tačiau dėl senos kartos maitinimo sistemų autobusai išmeta didesnius azoto oksidų (NO X ) kiekius. Siekiant pagerinti ekologinę situaciją Vilniaus mieste, nuspręsta atnaujinti viešojo transporto parką. 2011 m. Vilniaus autobusų parke įvyko naujų autobusų pirkimo konkursas, po kurio įsigyti MAN Lion s City autobusai su suslėgtų gamtinių dujų maitinimo sistema. MAN Lion s City autobuso variklis E2876 LUH, maitinamas suspaustomis gamtinėmis dujomis, į aplinką išmeta mažus kiekius kenksmingų deginių palyginus su priimtais Europos standartais EURO 5 (ETC) ir EEV (ETC) (1 pav.). Analizuojant 2008 m. išleistą EURO 5 (ETC) standartą ir autobusų gamintojo MAN pateiktą informaciją, varikliui dirbant degiuoju mišiniu, kurio λ = 1, į aplinką išmetama anglies oksidų (CO) koncentracija yra mažesnė apie 5 kartus, azoto oksidų (NO x ) mažesnė apie 9 kartus, o kietųjų dalelių (PM) kiekis mažesnis net apie 10 kartų. Angliavandenilių (HC) kiekis beveik visiškai panaikinamas. Tokie teigiami rezultatai gamintojui leidžia nenaudoti degalų priedų bei brangių ir sudėtingų išmetamųjų dujų filtravimo sistemų, kurios reikalauja sudėtingos ir atsakingos priežiūros. Taip pat naudojant gamtinių dujų maitinimo sistemą autobuso variklis dirba kur kas tyliau negu dyzelinis variklis, o tai leidžia sumažinti miesto triukšmo taršą. Naudojant suslėgtas gamtines dujas ir siekiant padidinti variklio efektyvumą, pasaulyje atliekami suspaustų gamtinių dujų ir vandenilio degalų mišinių hidrometano tyrimai, todėl pagrindinis šio tyrimo tikslas yra nustatyti pasirinktos transporto priemonės variklio darbo efektyvumo gerinimo būdus ir galimybes panaudojant skirtingus suspaustų gamtinių dujų ir vandenilio degalų mišinius. Šiam tikslui pasiekti išanalizuotos gamtinių dujų ir vandenilio mišinių savybės bei jų panaudojimo automobilių transporte galimybės. Remiantis pasirinkto autobuso techniniais duomenimis taip pat atliktas variklio Vilniaus Gedimino technikos universitetas 306 http://leidykla.vgtu.lt

darbo proceso skaitinis modeliavimas, nustatyti ir įvertinti variklio efektyvūs ir ekologiniai rodiklių kitimai varikliui dirbant skirtingais gamtinių dujų ir vandenilio mišiniais, keičiant oro pertekliaus koeficientą (λ) ir išmetamųjų dujų recirkuliacijos sitemos (EGR) intensyvumą. 1 pav. MAN Lion s City autobuso išmetamųjų deginių kiekio palyginimas su Europos standartais Suslėgtų gamtinių dujų ir vandenilio panaudojimas Gamtinių dujų degalai yra perspektyvūs ir alternatyvūs iškastiniam kurui, nes padidina variklio efektyvumą ir sumažina bendrą kenksmingų išmetamųjų deginių kiekį. Automobiliai, maitinami gamtinėmis dujomis, išmeta mažesnius CO 2 kiekius palyginus su benzininiais varikliais (Ristovski et al. 2004). Varikliai su gamtinių dujų maitinimo sistema turi aukštą detonacijos laipsnį. Tai leidžia padidinti variklio suspaudimo laipsnį. Tačiau nustatyta, kad dujiniuose varikliuose įsiurbimo takto metu besiplėsdamos gamtinės dujos užima laisvą cilindro tūrį, skirtą šviežiam orui, o tai sumažina variklio galingumą (Mello et al. 2006). Gamtinių dujų ir vandenilio degalų mišiniai ateityje gali leisti vystyti transporto priemones išmetamųjų dujų emisijos mažinimo linkme. Oro taršos problema yra ypač aktuali didžiulių miestų vietovėse, kur automobiliai ir sunkiasvoris transportas akivaizdžiai prisideda prie aplinkos taršos (Mariani et al. 2012). Atlikus eksperimentinius tyrimus su V8 varikliu, panaudojant vandenilio ir gamtinių dujų mišinius, kai vandenilio kiekis mišiniuose yra nuo 0 % iki 30 %, pastebėtas NO x emisijos sumažėjims su 15 20 % vandenilio mišiniais. Taip pat pastebėtas nedidelis HC emisijos padidėjimas esant itin liesam mišiniui (Raman et al. 1994). Larsen ir kt. (1997) teigia, kad sunkiasvoriuose automobiliuose, naudojant vandenilio ir gamtinių dujų mišinius, išmetamosiose dujose sumažėja CO, CO 2 ir HC emisija. Gamtinės dujos, kaip ir vandenilis, gali būti suslegiamos į balionus kartu. 1 lentelėje pateikiamos šių degalų pagrindinės fizikinės savybės. Das ir kt. (2000) palygino vidaus degimo variklio darbo charakteristikas ir degimo charakteristikas, kai atskirai naudojamos suspaustos gamtinės dujos ir vandenilio degalai. Tyrimo metu paaiškėjo, kad šiluminis efektyvumas labiau padidėja naudojant vandenilį negu gamtines dujas. Gamtinėmis dujomis maitinamo variklio charakteristikos gali būti pagerintos naudojant vandenilį kaip priedą. Karim ir kt. (1996) pateikė eksperimentinių tyrimų rezultatus, kuriuose teigiama, kad vandenilis, kaip suspaustų gamtinių dujų priedas, gali pagerinti tokias charakteristikas kaip galia, efektyvumas ir emisija varikliui dirbant liesais mišiniais. Taip pat nustatyta, kad vandenilio priedas padidina gamtinių dujų laminarinio degimo greitį kartu padidindamas variklio efektyvumą (Karim 2003). Nagalingam ir kt. (1983) savo tyrimo rezultatuose nurodo, kad, esant didesniam liepsnos greičiui ir nuosekliai mažinant uždegimo paskubos kampą, pasiekiamas maksimalus sukimo momentas. Vandenilis neįtakoja detonacijos charakteristikų gamtinių dujų degaluose. Huang (2007) nustatė, kad uždegimo laikas yra svarbus parametras gerinant suslėgtomis dujomis maitinamo variklio charakteristikas ir degimą. 1 lentelė. Gamtinių dujų ir vandenilio fizikinės savybės Rodiklis Pagrindinių elementų sudėtis pagal svorį Žymėjimas Matavimo vienetas m % % SGD H 2 77,7 C, 22,3 H 100 H Degalų šilumingumas H a MJ/kg 45,3 120 Savaiminio užsidegimo temperatūra t C 540 585 Maksimalus liepsnos greitis v deg m/s 0,43 3,46 Difuzijos koeficientas D cm 2 /s 0,20 0,61 Tankis ρ kg/m 3 0,754 0,082 Stechiometrinis oro degalų santykis Laminarinis degimo greitis Oktaninis skaičius (tiriamuoju metodu) Tyrimo metodika V % % pagal tūrį 9,396 2,387 v deg.l m/s 0,38 2,9 RON OS 120 130 Atliekant suslėgtų gamtinių dujų ir vandenilio degalų mišinio panaudojimo autobuse tyrimą, bazine transporto priemone pasirinktas autobusas MAN Lion s City, kurio variklio E2876 LUH techniniai duomenys pateikti 2 lentelėje. Modeliavimui pasirinkta, kad variklis dirba mieste važinėjant dažniausiai pasitaikančiais sūkiais (1 600 min 1 ), kas leidžia pasiekti apie 210 215 kw variklio galią esant 1 250 Nm sukimo momentui (2 pav.). Analizuojant suslėgtų gamtinių dujų ir vandenilio degalų mišinio panaudojimą pritaikyta Maskvos Baumano valstybiniame technikos universitete Vidaus degimo variklių katedroje sukurta skaitinio modeliavimo programa Diesel-RK. Šioje programoje įdiegti pažangūs vidaus degimo variklių šiluminių, dinaminių ir išmetamųjų dujų emisijų parametrų skaičiavimo matematiniai modeliai. Skaitinio modeliavimo ir praktinių tyrimų rezultatų palyginimas rodo, kad ši programa pakankamai tiksliai modeliuoja vidaus degimo variklių darbo procesus. 307

2 lentelė. Autobuso MAN Lion s City variklio techniniai duomenys Rodiklis Žymėjimas Matavimo vienetai Reikšmės Nominali variklio galia P e kw 228 Nominalios variklio apsukos n min 1 2 000 Maksimalus sukimo momentas M e Nm 1 250 Cilindro diametras D mm 128 Stūmoklio eiga S mm 166 Variklio litražas V H l 12,8 Suspaudimo laipsnis ε kartai 12:1 Maksimalus absoliutus turbokompresoriaus p TK bar 2,2 slėgis Cilindrų skaičius z vnt. 6 Vožtuvų skaičius cilindre n v vnt 2 Nustatant Wiebe degimo parametrus randami ϕ ir m V parametrai pagal Woschni formules (Merker et al. 2006; Mollenhauer et al. 2010): m ϕ 0,6 0,5 αn n = ϕn α nn 0,5 0,8 ϕ n nn pcnt c V = mvn ϕ n pctcn, (2), (3) čia:α oro pertekliaus koeficientas; n variklio sūkiai, aps/min; p c turbokompresoriaus slėgis, Pa; T c turbokompresoriaus temperatūra, K. Azoto oksidų formavimosi modelis sudarytas naudojant išplėstą eldovičiaus mechanizmą, kuris aprašomas tokiomis cheminėmis formulėmis (Stiesch 2010): O + N 2 NO + N (4) N + O 2 NO + O (5) N + OH NO + H (6) 2 pav. Autobuso MAN Lion s City variklio E2876 LUH išorinė greičio charakteristika Modeliavimo pakete panaudotas dviejų zonų degimo modelis (3 pav.). ona 1 sudaro nesudegęs degalų mišinys, o zoną 2 sudaro degimo produktai, kurie gali būti susimaišę su šviežiu oru, patekusiu iš zonos 1. Liepsnos frontas modeliuojamas kaip labai plonas sluoksnis tarp 1 ir 2 zonos ir kurios masė lygi 0. Kiekvienoje zonoje yra paskaičiuojami šilumos mainai su cilindro sienele, disociacija, šilumos ir masės mainai tarp zonų. (Stiesch 2010; Merker et al. 2006). Sferinio liepsnos fronto pagreitis nustatomas išsprendžiant sistemos energijos tvermės skaičiavimus naudojantis Wiebe šilumos atidavimo funkciją (Merker et al. 2006; Mollenhauer et al. 2010; Stiesch 2010): mv mv+ 1 dx mv + 1 ϕ ϕ = 6,908 exp 6,908 ; dϕ ϕ ϕ ϕ, (1) čia:ϕ alkūninio veleno pasisukimo kampas nuo degimo m V de- pradžios, laipsn.; gimo intensyvumas. ϕ degimo trukmė, laipsn.; 3 pav. Dviejų zonų degimo cilindro modelio schema (Merker et al. 2006) NO X deginiai sudaryti iš NO ir NO 2. Didžioji NO X dalis, susidaranti cilindre degimo metu, sudaryta iš NO (~90 %). Į orą patekęs NO oksiduojasi į NO 2 (Mollenhauer et al. 2010). Modeliavimo rezultatai Skaitinis modeliavimas atliktas su Diesel-RK programa, pasirinktame variklyje naudojami tokie degalų mišiniai: suskystintos gamtinės dujos be vandenilio, suskystintos gamtinės dujos su 10 % vandenilio priedu, suskystintos gamtinės dujos su 20 % vandenilio priedu, suskystintos gamtinės dujos su 30 % vandenilio priedu. Pirmiausiai buvo atliekamas modeliavimas nenaudojant degaluose vandenilio priedo. Modeliavimo metu nustatyta, kad, norint pasiekti 220 kw variklio galią šiam dirbant 1 600 min 1 rėžimu bei esant 20 ⁰ uždegimo paskubos kampui, būtini tokie parametrai: oro pertekliaus koeficientas λ = 1,0, o išmetamųjų dujų recirkuliacijos sitema EGR = 0,2 (4 pav.). Gauta galia yra artima nominaliai galiai (205 215 kw). 308

Prie tų pačių sąlygų (variklio sūkiai 1 600 min 1, uždegimo paskubos kampas 20 ⁰) buvo atlikti 3 modeliavimai siekiant nustatyti parametrus (λ, EGR), kuriems esant variklio galia yra artima nominaliajai, kai naudojami trys skirtingi degalų mišiniai su vandeniliu. Modeliavimo rezultatai parodė, kad, kai buvo naudojamas suspaustų gamtinių dujų ir 10 % vandenilio degalų mišinys, 214 kw galia pasiekiama, kai λ = 1,1, o EGR = 0,2 (5 pav.), varikliui dirbant su 20 % vandenilio priedu 206 kw galia pasiekiama, kai λ = 1,2, o EGR = 0,2 (6 pav.), o naudojant degalų mišinį su 30 % vandenilio priedu 215 kw galia pasiekiama taip pat kai λ = 1,2, o EGR = 0,2 (7 pav.). Iš gautų rezultatų matyti, kad didėjant vandenilio koncentracijai degalų mišinyje variklio galia didėja, jei variklio darbinės sąlygos išlieka tos pačios (sūkiai 1 600 min 1, uždegimo paskubos kampas 20⁰), o λ ir EGR parametrai nekinta. Toliau buvo atliekamas išmetamųjų deginių NO X kiekio modeliavimas naudojant tik SGD degalus. Nustatyta, kad esant 220 kw galiai NO X kiekis siekia 2,70 g/kwh (8 pav.). Teoriškai yra žinoma, kad transporto priemonėse montuojami katalizatoriai, kurie NO X kiekį deginiuose sumažina iki 60 95 % (Yanling et al. 2008; Shuhua et al. 2007). Tokiu atveju, esant nustatytai 220 kw galiai, NO X kiekis gali sumažėti iki 0,27 g/kwh, jei priimsime, kad katalizatorius sumažina NO X deginių kiekį 90 %. Šis NO X deginių kiekis (0,27 g/kwh) labai artimas nurodytam MAN autobusų gamintojo išmetamųjų deginių kiekiui (0,22 g/kwh; 1 pav.). Modeliuojant, panaudojus SGD 90 % ir H 2 10 % mišinį, variklio galia gaunama 214 kw. Tokiu atveju į aplinką yra išmetama 5,49 g/kwh NO X deginių (9 pav.) Atitinkamai panaudojus SGD 80 % ir H 2 20 % mišinį prie 206 kw galios NO X dalelių kiekis siekia 3,84 g/kwh (10 pav.), o panaudojus SGD 70 % ir H 2 30 % mišinį prie 215 kw galios į aplinką yra išmetama 5,02 g/kwh azoto oksidų kiekis (11 pav.). Taigi, panaudojus katalizatorių NO X dalelių kiekis naudojant SGD 90 % ir H 2 10 % mišinį sumažėtų apie 90 proc., t. y. nuo 5,49 g/kwh iki 0,549 g/kwh, naudojant SGD 80 % ir H 2 20 % atitinkamai nuo 3,84 g/kwh iki 0,384 g/kwh, o naudojant SGD 70 % ir H 2 30 % mišinį atitinkamai nuo 5,02 g/kwh iki 0,502 g/kwh. Iš tyrimo rezulatatų yra akivaizdu, jog tam, kad NO X dalelių kiekis išmetamosiose dujose atitikų EURO 5 standartą ( 2,00 g/kwh), turi būti panaudotas SGD 80 % ir H 2 20 % mišinys bei katalizatorius, kuris NO X dalelių kiekį sumažintų nuo 3,84 g/kwh iki 0,384 g/kwh (sąlygos: variklio sūkiai 1 600 min 1, uždegimo paskubos kampas 20⁰, λ = 1,2, o EGR = 0,2). Apžvelgus išmetamųjų deginių grafikus (8 11 pav.) matyti, kad didžiausi NO X deginių išmetami kiekiai yra tuomet, kai EGR sistema atidaroma iki 0,1, o λ lygi 1,0 1,3. Didinant išmetamųjų deginių recirkuliaciją virš 0,2, deginių kiekis ženkliai sumažėja. Toliau tyrime buvo atliktas variklio naudingumo koeficiento (η e ) ir degalų sąnaudų (g e ) skaičiavimas su skaitinio modeliavimo programa Diesel-RK naudojant tuos pačius degalų mišinius (SGD 100 % ir H 2 0 %, SGD 90 % ir H 2 10 %, SGD 80 % ir H 2 20 %, SGD 70 % ir H 2 30 %). Rezultatai pateikti 3 lentelėje. 4 pav. Variklio galios kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 100 %, H 2 0 % 5 pav. Variklio galios kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 90 %, H 2 10 % 6 pav. Variklio galios kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 80 %, H 2 20 % Iš pateiktų rezultatų matyti, kad didžiausias naudingumo koeficientas bei mažiausios lyginamosios efektyviosios degalų sąnaudos esti tuomet, kai naudojamas SGD 80 % ir H 2 20 % mišinys. Nors, naudojant tik suskystintas gamtines dujas be vandenilio priedo, išmetamų deginių NO X kiekis mažiausias, tačiau naudingumo koeficientas mažiausias, o degalų sąnaudos didžiausios. 309

3 lentelė. Pagrindiniai variklio parametrai dirbant skirtingais mišiniais, kai uždegimo paskubos kampas 20 ⁰ Degalų mišinys Pe, kw EGR λ NO X, g/kwh η e g e, kg/kwh SGD100; H0 220,17 0,2 1,0 2,70 0,41999 0,21663 SGD90; H10 213,64 0,2 1,1 5,49 0,42298 0,18521 SGD80; H20 205,98 0,2 1,2 3,84 0,42541 0,16206 SGD70; H30 214,52 0,2 1,2 5,02 0,42468 0,14354 7 pav. Variklio galios kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 70 %, H 2 30 % 10 pav. Išmetamųjų deginių NO X kiekio kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 80 %, H 2 20 % 8 pav. Išmetamųjų deginių NO X kiekio kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 100 %, H 2 0 % 11 pav. Išmetamųjų deginių NO X kiekio kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 70 %, H 2 30 % Išvados 9 pav. Išmetamųjų deginių NO X kiekio kitimas priklausomai nuo EGR ir λ reikšmių, kai SGD 90 %, H 2 10 % 1. Didinant vandenilio kiekį suslėgtose gamtinėse dujose didėja pasirinktos transporto priemonės variklio galingumas, tačiau išauga ir azoto oksidų kiekis išmetamosiose dujose. 2. Skaitinio modeliavimo atvejais, kai išmetamųjų deginių recirkuliacijos sistema yra 0,20, o oro pertekliaus koeficientas kinta nuo 1,0 iki 1,2, tiek nenaudojant vandenilio suslėgtose gamtinėse dujose, tiek naudojant vandenilio priedus, variklio galios reikšmės artimos nominaliajai. 3. Geriausi degalų sąnaudų ir naudingumo koeficiento rezultatai gaunami tada, kai pasirinkto variklio darbui panaudojamas SGD 80 % ir H 2 20 % degalų mišinys ir išvystoma 206 kw galia šiam dirbant 1 600 min 1 rėžimu, esant 20 ⁰ uždegimo paskubos kampui, o EGR = 0,2 bei λ = 1,2. 310

Literatūra Das, L. M.; Gulati, R.; Gupta, P. K. A. 2000. Comparative evaluation of the performance characteristics of a spark ignition engine using hydrogen and compressed natural gas as alternative fuels. Int J Hydrogen Energy 25: 783 793. Huang,.; Wang, J.; Liu, B.; eng, K.; Yu, K.; Jiang, D. 2007. Combustion characteristics of a direct-injection engine fuelled with natural gas-hydrogen blends under different ignition timings. Fuel 86: 381-7. Yanling Y.; honghua S.; Weicong S.; Shuhua Y.; Maochu G.; Yaoqiang C. 2008. Medium-Coupled Catalysts that Meet the Euro V Emission for Gasoline Vehicles. Chinese Journal of Catalysis 29 (4): 316 318. Karim, G. A. 2003. Hydrogen as a spark ignition engine fuel. Int J Hydrogen Energy 28: 569 577. Karim, G. A.; Wierzba, I.; Al-Alousi, Y. 1996. Methane-Hydrogen mixtures as fuels. Int J Hydrogen Energy 21: 625 31. Larsen, J. F.; Wallace, J. S. 1997. Comparison of emissions and efficiency of a turbocharged lean-burn natural gas and hythanefueled engine. J Eng for Gas Turbines Power 119: 218-26. Mariani, A.; Morrone, B.; Unich, A. 2012. Numerical evaluation of internal combustion spark ignition engines performance fuelled with hydrogen natural gas blends. Int J Hydrogen Energy 37: 2644 2654. Mello, P.; Pelliza, G.; Cataluna, R.; da Silva, R. 2006. Evaluation of the maximum horsepower of vehicles converted for use with natural gas fuel. Fuel 85: 2180-6. Merker, G. P.; Schwarz C.; Stiesch G.; Frank O. 2006. Simulating combustion. Simulation of combustion and pollutant formation for engine-development. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-540-25161-8: 401 p. Mollenhauer K.; Tschoke H. 2010. Handbook of Diesel Engines. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-540-89082-9: 636 p. Nagalingam, B.; Duebel, F.; Schmillen, K. 1983. Performance study using natural gas, hydrogen-supplemented natural gas and hydrogen in AVL research engine. Int J Hydrogen Energy 8: 715-20. Raman, V.; Hansel, J.; Fulton, J.; Lynch, F.; Bruderly, D. 1994. Hythane an ultraclean transportation fuel. Procs.of 10th World Hydrogen Conference, Cocoa Beach, Florida, USA. Ristovski, ; Morawska, L.; Ayoko, G.A.; Johnson, G.; Gilbert, D.; Greenaway, C. 2004. Emissions from a vehicle fitted to operate on either petrol or compressed natural gas. Sci Total Environ 323: 179 94. Shuhua Y.; Yongjun W.; honghua S.; Ming.; Maochu G.; hongchang L.; Qizhang C.; Yaoqiang C. 2007. Medium-Coupled Catalysts Meeting Euro III Emission Standards for Condensed Natural Gas Vehicles. Chinese Journal of Catalysis 28 (5): 401 403. Stiesch, G. 2010. Modeling Engine spray and combustion processes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-642-05629-1: 282 p. 311