Расчетно-экспериментальный анализ процесса межэлектродного дожига частиц дизельной сажи при работе электрофильтра-дожигателя

• Autorzy: Kartashevich A. N. , Belousov V. A. , Kamiński J. R. , Kogut Z.

Warianty tytułu

EN

Design-experiment analysis of interelectrode burning of diesel soot particulates in an electrical filter-afterburner

PL

Obliczeniowo-eksperymentalna analiza procesu międzyelektrodowego dopalania cząstek sadzy w gazach wydechowych silników wysokoprężnych podczas pracy elektrofiltra-dopalacza

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Cleaning of the exhaust gasses from vehicle and tractor diesels with an electric filter- -afterburner is one of the most effective methods of soot particulate recovery. Formation of a particles stratum on a collecting electrode requires regular removal of accumulated particles as with rather a thick layer (under corresponding design characteristics) aerodynamic resistance of the electric filter increases. Besides, in case of under-adherence, there can be a break off of this stratum from the electrode surface. In the offered design of a soot electrical filter-afterburner reactivation of a collecting surface is carried out by means of inter-electrode burning. In this paper the theory of inter-electrode burning of the formed bridge of soot particles is considered. When making up a heat balance of a soot element, the heat amount needed to increase the total heat content of the particles layer is determined, and the differential heating equation with due account of varying thermal properties of soot is derived. This differential heating equation is solved by computeraided numerical methods, with preset initial conditions. For a short-term heating under the absence of heat exchange with the environment the differential heating equation is solved analytically. The study results show that: 1. Heating of soot particles by electric current proves inefficiency of a heat-up at the sample initial temperature less than 200°С. It was established that to achieve reasonable burning parameters (heating up to 700°С for no longer than 5 s) is possible at the initial sample temperature exceeding 250°С. 2. When the initial sample temperature is less than 200°С, burning of soot particles results from ionization processes in gas inclusions; field strength between electrodes should not be less than 2 kV·cm–1, and spacing should not exceed 5 mm; when the temperature reaches 250°С and more, Joule heat is engaged in the heat-up process. The value of initial voltage is going up with the decrease in particles layer thickness on an electrode and the increase of heterogeneity of the field between electrodes. It has been established that the most acceptable design is that of collectors plates with 2-5 mm spacing and 650 to 750 V voltage.

PL

Oczyszczanie spalin wysokoprężnych silników ciągnikowych z wykorzystaniem elektrofiltru- dopalacza jest jedną z najbardziej efektywnych metod wychwytywania znajdujących się w nich cząstek sadzy. Formowanie warstwy cząstek sadzy na elektrodzie osadczej wymaga okresowego wydalania osadzonych cząstek, ponieważ w warunkach odpowiednio grubej warstwy (w odpowiednich rozwiązaniach konstrukcyjnych) zwiększa się opór aerodynamiczny elektrofiltru, a także - gdy siły adhezji są niedostateczne - może zachodzić odrywanie warstwy osiadłych cząstek od powierzchni elektrody. W zaproponowanej konstrukcji elektrofiltru-dopalacza sadzy regeneracja powierzchni osadczej realizowana jest za pomocą międzyelektrodowego dopalania. W pracy rozpatrzono teoretycznie proces międzyelektrodowego dopalania tworzącego się mostka z cząstek sadzy. W procesie sporządzania bilansu cieplnego elementu sadzy określono ilość ciepła konieczną do zwiększenia wartości cieplnej warstwy cząstek i otrzymano równanie różniczkowe nagrzewania z uwzględnieniem zmieniających się cieplno-fizycznych właściwości sadzy. Rozwiązywanie równania różniczkowego procesu nagrzewania przeprowadzono metodą cyfrową z wykorzystaniem elektronicznej techniki obliczeniowej (ETO), zadając wstępnie warunki początkowe. W przypadku krótko trwającego procesu nagrzewania, przyjmując warunek niewystępowania wymiany ciepła z otaczającym środowiskiem, równanie różniczkowe nagrzewania rozwiązano analitycznie. Na podstawie wyników badań ustalono, że: 1) nagrzewanie cząstek sadzy drogą przebiegu po nich strumienia elektrycznego świadczy o nieefektywności rozgrzania, gdy temperatura początkowa próbki wynosi poniżej 200°C; osiągnięcie odpowiednich parametrów dopalania (nagrzewanie do 700°C nie dłużej niż 5 s) jest możliwe, gdy początkowa temperatura próbki wynosi powyżej 250°C; 2) w warunkach początkowej temperatury próbki poniżej 200°C zapalenie żarzących się cząstek sadzy zachodzi w rezultacie występowania procesów jonizujących we wtrąceniach gazowych, przy czym napięcie między elektrodami powinno być nie mniejsze niż 2 kV·cm-1, a rozstaw elektrod nie większy niż 5 mm; po osiągnięciu temperatury powyżej 250°C w proces podgrzewania włącza się ciepło Joule’a; wartość początkowego napięcia zapłonowego zwiększa się ze zmniejszeniem grubości warstwy cząstek sadzy na elektrodzie i ze zwiększeniem niejednorodności pola między elektrodami; najbardziej odpowiednia jest konstrukcja, składająca się z płytkowych elektrod z międzyelektrodową odległością 2-5 mm i napięciem 650-750 V.

Słowa kluczowe

EN

burning process; diesel engine; electrical filter-afterburner; electrode

PL

elektroda; elektrofiltr-dopalacz; proces spalania; silnik Diesla

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Problemy Inżynierii Rolniczej
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 24, nr 4
• Strony: 77--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Kartashevich A. N.

• Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, Горки, Беларусь

autor

Belousov V. A.

• Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, Горки, Беларусь

autor

Kamiński J. R.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych, Warszawa

autor

Kogut Z.

• Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, Mazowiecki Ośrodek Badawczy w Kłudzienku, 05-825 Grodzisk Mazowiecki, tel. [phone] wew. 111

Bibliografia

• GOLOVINA E. S. (ред.) 1963. Реакции углерода с газами [Reaction of the carbon and gases]. Москва. Издательство иностранной литературы сс. 360.
• KAMIŃSKI J.R., KRUK I. S., SZEPTYCKI A. 2015. Ciągnikowe agregaty maszynowe w nowoczesnym rolnictwie [Tractor-machine sets in modern agriculture]. Inżynieria w Rolnictwie. Monografie. Nr 18. Falenty. Wydaw. ITP. ISBN 978-83-62416-72-1 сс. 133.
• KARTASHEVICH A. N., BELOUSOV V. A., SUSHNEV A. A. 2000. К вопросу очистки отработавших газов дизельных двигателей. В: Тепломассообмен в энергетических установках [To the problem of purifying exhaust of diesel engines. In: Heat transfer in power equipment]. Материалы IV - Минского международного форума по тепломассообмену. Mинск, 22-26 мая 2000 г. Mинск. Т. 10 с. 78-85.
• KARTASHEVICH A. N., KUKHARENOK G. M. 2011. Двигатели внутреннего сгорания. Основы теории и расчета. Учебное пособие [Internal combustion engines. The theoretical basis and calculations. Handbook]. Горки. БГСХА. ISBN 978-985-467-309-7 сс. 315.
• KARTASHEVICH A. N., PONTALEV O. V., GORDEENKO A. V. 2013. Тракторы и автомобили. Конструкция. Учебное пособие [Tractors and cars. Construction. Handbook]. Минск. Новое знание. Москва. ИНФРА–М. ISBN 978-5-16-006882-4 сс. 311.
• KARTASHEVICH A. N., TOVSTYKA V. S., GORDEENKO A. V. 2015. Топливо, смазочные материалы и технические жидеости. Учебное пособие [The fuel greases and technical fluids. Handbook]. Минск. Новое знание. Москва ИНФРА-М. ISBN 978-985-475-795-6 сс. 420.
• KHITRIN L. N. 1957. Физика горения и взрыва [Physics of combustion and explosion]. Москва. Издательство московского университета. ISBN 5-9221-0438-1 сс. 442.
• KOSTENKO M. V. (ред.) 1973. Техника высоких напряжений: Учебное пособие для вузов [High voltage technique. Handbook for students]. Москва. Высшая школа. ISBN 978-1-84919-263-7 сс. 528.
• KRUCZYŃSKI S., CHRUPEK B., WOJS M.K. 2014. Metody ograniczania poziomu emisji stosowane w silnikach maszynach budowlanych w świetle wymagań norm emisji spalin: Stage III B/Stage IV [Methods of the emission reducing of engines used in construction machines in the light of the requirements of the regulations for emission stage IIIB/stage IV]. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów. Nr 1(97) с. 109-118.
• MYSZKOWSKI S. 2015. Filtry cząstek stałych. Cz. III. Technika motoryzacyjna [Particulate filters. Vol. III. Automotive a technique] [онлайн]. [Дата обращения 16.12.2015]. Режим доступа: http://www.e-autonaprawa.pl/artykuly/5901/filtry-czastek-stalych-cz-iii.html
• POMERANCEVA V. V. (ред.) 1973. Основы практической теории горения [Basics of practical theory of combustion]. Ленинград. Энергия. ISBN 5-9221-0438-1 сс. 246.
• RYMASZEWSKI E. 2007. Pomiar zadymienia spalin silników (ZS) za pomocą dymomierzy optycznych [The smoke measurement values for compression ignitionengines (CI) using optical opacimeters] [онлайн]. Auto Moto Serwis. Nr 12. [Дата обращения 16.12.2015]. Режим доступа: http://zssplus.pl/publikacje/publikacje35.htm
• VERESHCHAGIN I. P., KOTLYARSKIJ L. B., MOROZOV V. S. 1990. Технология и оборудование для нанесения полимерных покрытий в электрическом поле [Technology and tooling for application of polymer coatings in the electrical field]. Москва. Энергоатомиздат. ISBN 5-283-00520-8 сс. 240.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.