Версия № 3

Алгоритм расчета рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе для холодных газов

Версия № 2

В атмосферном воздухе для холодных газов

Алгоритм расчета рассеивания загрязняющих веществ

Версия № 1

В атмосферном воздухе для нагретых газов

Алгоритм расчета рассеивания загрязняющих веществ

Задача №2

Таблица 6

Варианты для расчёта вредных выбросов в атмосферу от автотранспорта

№ вар	Бензиновые грузовые автомобили	Дизельные грузовые автомобили	Бензиновые легковые автомобили
Количество	Общий пробег автомобилей тыс. км/год	Количество	Общий пробег автомобилей тыс. км/год	Количество	Общий пробег автомобилей тыс. км/год
		598,65		200,951		306,349
		258,147		175,268		605,239
		265,369		108,364		756,516
		269,159		350,258		931,253
		369,258		368,259		862,162
		265,698		452,102		208,151
		587,357		254,265		589,654
		983,369		159,654		684,357
		862,258		134,952		852,368
		785,259		125,205		753,915
		897,459		312,236		945,845
		456,123		354,159		321,625
		999,654		654,312		514,782
		332,369		654,123		751,358
		225,266		357,159		852,239
		321,258		456,789		998,221
		335,223		412,321		987,654
		115,362		645,865		123,987
		236,325		258,364		354,159
		321,987		159,258		654,985
		654,321		458,247		874,632
		445,633		825,254		854,259
		333,456		254,325		999,358
		887,551		113,456		895,319
		963,321		225,336		925,158
		398,250		235,125		741,259
		445,665		654,554		452,358
		587,369		556,325		521,267
		298,987		587,665		623,325
		654,987		854,321		758,325

Почти два десятилетия назад в мире впервые встала проблема: как снизить токсичность отработавших газов автомо­билей. К тому времени загрязнение ими воздуха в крупных городах США, Японии, Канады, Швеции и ряда других стран до­стигло масштабов бедствия.

Чтобы бороться с этим явлением, были введены нормы содержания в газах ток­сичных веществ, обязательные для всех изготовителей и экспортеров автомоби­лей. Соответствие нормам стали опреде­лять в лабораториях по специальным ездовым циклам, имитирующим движение в городских условиях. Чтобы обеспечить выполнение все более ожесточавшихся норм, потребовалось усовершенствовать конструкцию двигателя в целом и, преж­де всего, изменить регулировки систем питания и зажигания.

Однако в технике, как правило, не бы­вает простых решений: после введения первых норм автомобилестроители сосредоточили свое внимание на этой проблеме, поначалу отодвинув на второй план не менее важ­ные, и в первую очередь улучшение топ­ливной экономичности.

Чтобы представить хотя бы в общих чертах трудности, связанные с созданием малотоксичного и в то же время эконо­мичного двигателя, обратимся только к одной проблеме: сокращению выброса окислов азота (NО₂), которые наряду с окисью углерода (СО) и углеводородами (С_nH_m)являются токсичными компонентами отработавших газов.

Неспециалисты часто полагают, что все они появляются в отработавших газах вследствие неполного сгорания топлива. Это справедливо лишь в отношении оки­си углерода и углеводородов. Первые - продукт неполного окисления содержав­шегося в топливе углерода, вторые - остатки несгоревшего бензина.

Образование же окислов азота в ци­линдре двигателя не связано непосредственно с горением топлива. Они - про­дукт химических реакций азота, содержа­щегося в атмосферном воздухе, для кото­рых необходимы только свободный кисло­род и высокая температура. Вследствие этого почти все мероприятия по повы­шению полноты и эффективности сгора­ния, сопровождающиеся ростом темпера­туры в цилиндре (увеличение степени сжатия, установка оптимального для топ­ливной экономичности угла опережения зажигания и т. п.) при работе на умеренно обедненных смесях дают не только сни­жение расхода топлива, но одновремен­но - значительное повышение выброса окислов азота.

Получается, что для сокращения доли окислов азота надо сознательно ухуд­шать эффективность сгорания, а значит, топливную экономичность. Своего рода заколдованный круг? Выход из него вот уже два десятилетия ищут ученые и ин­женеры во всем мире. Положение ослож­няется тем, что окислы азота более вред­ны для организма человека, чем СО и С_nН_m. В воздушной среде они могут обра­зовывать так называемый фотохимический смог, время от времени застилающий удушливой пеленой города с бесконтроль­но разросшимся парком автомобилей. Поэтому санитарные нормы содержания окислов азота в воздухе в 25 раз жестче, чем окиси углерода.

Чтобы уменьшить выброс окислов азота с отработавшими нужно либо понижать температуру в цилиндре, либо убавлять количество свободного кисло­рода в рабочей смеси.

Чтобы достигнуть цели с минималь­ным ухудшением топливной экономично­сти, стараются добиться устойчивой рабо­ты двигателя на предельно обедненной смеси, когда температура сгорания невы­сока. Здесь необходимы специальные конструктивные меры, чтобы обеспечить требуемую скорость распространения пламени по объему камеры сгорания.

Другой, простейший способ снизить выброс окислов азота - устанавливать на основных рабочих режимах более позд­нее зажигание. К этой мере особенно часто прибегали в США в первые годы после введения норм на токсичность. Дошло до того, что распределители зажи­гания оснащали «обратным» вакуум-ре­гулятором, не увеличивающим, как обыч­но, угол опережения на малых нагруз­ках, а, наоборот, уменьшающим его по сравнению с опережением на полном дросселе. С уменьшением температуры сгорания заметно снижался выброс окис­лов азота, но существенно увеличивался расход топлива.

Наиболее результативный, но и самый дорогостоящий метод борьбы с окислами азота - их химическая нейтрализация в специальных устройствах - каталити­ческих нейтрализаторах. Его суть в том, что отработавшие газы пропускают через резервуар, внешне напоминающий глуши­тель, с наполнителем в виде гранул или сот, покрытых тончайшим слоем катали­затора (рис. 1). В качестве последнего могут служить несколько веществ. Наилуч­шее каталитическое действие, но и самая высокая стоимость - у платиновых катализаторов. Они позволяют обезвредить 96—98% токсичных веществ, превратив их в азот, углекислый газ и воду.

Для эффективной работы устройства необходимо, чтобы в цилиндрах сгорала слегка обогащенная смесь вместо обед­ненной, что приводит к ухудшению эконо­мичности на 5-10%. Нейтрализатор окис­лов азота не может одновременно обез­вреживать окись углерода и углеводоро­ды: для этого потребуется еще одно устройство, в котором путем впуска до­полнительного воздуха поддерживается обедненный состав смеси. Поэтому катали­тическую нейтрализацию отработавших газов применяют лишь в районах или странах, где надо добиться столь низкого уровня токсичности выбросов, который оправдал бы значительные затраты на его достижение.

Применение платиновых катализаторов требует перехода на более доро­гой, неэтилированный бензин, так как соединения свинца в отработавших газах быстро разрушают катализатор.

Наконец, еще один способ снизить выб­рос окислов азота - частичная рецирку­ляция отработавших газов. В этом случае часть газов из выпускной системы посту­пает во впускной трубопровод и, сме­шиваясь со свежей горючей смесью, вновь попадает в цилиндр. Инертные (негорю­чие) отработавшие газы выполняют роль балласта и снижают максимальную тем­пературу в цилиндре.

Правда, повышенное их содержание отрицательно влияет на процесс сгора­ния и в итоге увеличивает расход топлива. Но одновременно снижаются так называе­мые насосные потери, связанные с запол­нением цилиндра свежим зарядом, по­скольку разрежение во впускной трубе в течение такта впуска становится меньше. В результате общее увеличение расхода топлива, даже при рециркуляции 10-15% отработавших газов, не превышает нескольких процентов, зато выброс окис­лов азота снижается минимум в два раза. В этом преимущество рециркуляции по сравнению с переходом на позднее за­жигание, с которым связаны более суще­ственные потери мощности и увеличение расхода бензина. Если же степень рецир­куляции не превышает 3-5%, расход топлива может даже несколько умень­шиться вследствие подогрева смеси.

Система рециркуляции, о которой шла речь, проста, надежна и достаточно эф­фективна. Но в последнее время, отме­ченное широким развитием электронной техники, все чаще стали применять комп­лексные системы для управления как подачей топлива и углом опережения зажигания, так и клапаном рециркуля­ции. Они обеспечивают оптимальное дозирование перепускаемых газов на характерных режимах в сочетании с самыми выгодными для топливной экономич­ности углами опережения зажигания и отключение рециркуляции на других ре­жимах. Тем самым удается обеспечить не только нормы на выброс токсичных веществ, но и хорошие показатели топ­ливной экономичности.

Рис. 1. Трехкомпонентный катализатор для нейтрализации окиси углерода (СО) и углеводородов (С_nН_m).

Проведенные исследова­ния показывают, что, например, на киевских улицах уровень бензопирена в воздухе превышает ПДК в среднем в 1,6 раза (на московских - в 20 раз!), двуокиси азо­та в 1,3 раза. Как утвер­ждают эксперты, именно транспорт является ос­новным (более 70%) ис­точником ухудшения эко­логической обстановки, остальные же вредные вы­бросы приходятся на про­мышленные предприятия.

РАСЧЁТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ОТ АВТОТРАНСПОРТА

Данная методика предусматривает два расчёта:

· Полные выбросы загрязняющих веществ, при работе автотранспорта на линии

· Выбросы загрязняющих веществ на территории предприятия

Дата добавления: 2014-12-25