Автор Тема: Възпламеняване на водород / риск от детонации  (Прочетена 18220 пъти)

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Въпросът ми е свързан с използването на водород в ДВГ. При бензинови и дизелови.

Да приемем, че бензиновите са със с.г. 10, а дизеловите- около 20.
При "засмукването" на водород (ако сме сложили разграждаща клетка и продуктът от нея влиза във входящия колектор), въпросният водород навлиза в цилиндъра. Там обаче температурата е по- висока. Освен това имаме  сгъстяване на въздуха, което допълнително покачва температурата.

Какъв е риска от детонации, преждевременно изгаряне на водорода, преди да е било впръскано дизеловото гориво? И след като водородът по начало е по- избухлив, използването му не се ли свежда до предимно бензиново- модифицирани автомобили?

Ще издържи ли един засмукан водород в цилиндъра на компресията на дизеловия мотор? Защото по принцип био-дизелите (доколкото разбрах) имат допълнителен инжектор за впръскване на втечнен газ (тия по рейсовете).

Ако някой ми даде малко информация, ще съм му благодарен. Лекция по въпроса няма да е излишна никому!!!

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Възпламеняване на водород / риск от детонации
« Отговор #2 -: Ноември 11, 2007, 12:47:45 pm »
Гориво---------------------Температура-на-самовъзпламеняване

Hydrogen------------------1085 ºF (585 ºC)
Methane--------------------1003 ºF (540 ºC)
Propane--------------------914 ºF (490 ºC)
Methanol-------------------725 ºF (385 ºC)
Gasoline-------------------450 to 900 ºF (230 to 480 ºC)

Цитат
The octane number describes the anti-knock properties of a fuel when used in an internal combustion engine. Knock is a secondary detonation that occurs after fuel ignition due to heat buildup in some other part of the combustion chamber. When the local temperature exceeds the autoignition tem-perature, knock occurs.
The performance of the hydrocarbon octane is used as a standard to measure resistance to knock, and is assigned a relative octane rating of 100. Fuels with an octane number over 100 have more resistance to auto-ignition than octane itself. Hydrogen has a very high research octane number and is therefore resistant to knock even when combusted under very lean conditions. The octane number of comparative fuels are indicated in Table 1-7. The octane number has no specific relevance for use with fuel cells.


Гориво---------------------Октаново-число
Hydrogen------------------130+ (lean burn)
Methane-------------------125
Propane-------------------105
Octane--------------------100
Gasoline-------------------87
Diesel----------------------30

----------------------------------------------------------------
Забележка: не видях конкретни условия за горните цифри на самовъзпламеняване и октаново число, но предполагам че са за стайна температура и атмосферно налягане.

Извод- трябва много да внимаваме какви тръпи по колата ще слагаме и какво ще вкарваме в цилиндъра- газ, водна пара или смесица от нещо. Трябва да се има предвид аванса (момента на запалване), скоростта на горене, оборотите и т.н., в противен случай рискуваме (в най- добрия случай- натоварване на колянов вал, бутала, лагери и т.н. от преждевременно запалване; - до счупени (изядени) бутала и други елементи по мотора!

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Възпламеняване на водород / риск от детонации
« Отговор #3 -: Ноември 11, 2007, 01:01:02 pm »
Цитат на: "altium"

Според мен брауновият газ не е точно чист водород и кислород и не се самовзривява при споменанатите по-горе условия.


Гледах електролизер за браунов газ, но не разбрах разликата с нормалните. По принцип в лабораторни условия водородът и кислородът се съхраняват разделени.

Продуктът от повечето (всички самоделки които съм гледал в нета) е обаче миксиран- кислород и водород заедно).

По принцип горенето е реакция с кислорода, което ще рече, е сместа трябва да е по- податлива на възпламеняване.

Ако някой има документи обясняващи какво точно е брауновия газ, нека сподели.

Иначе не правим нищо.

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Възпламеняване на водород / риск от детонации
« Отговор #4 -: Ноември 11, 2007, 01:21:39 pm »
Цитат
Налягането в цилиндъра е функция на степента на сгъстяване (степен на сгъстяване и компресия са различни неща ! ) и от степента на износване на двигателя. Степента на сгъстяване(съотношение между обема заключен между мъртвите точки или по-точно работния обем , и обема на горивната камера или обема над горна мъртва точка )не се променя през активния живот на двигателя , за разлика от компресията(налягането) , която пада поради износването на цилиндъра и буталната група.


http://www.modelistika.com/showthread.php?t=3064&page=2

Разликата м/у компресия и степен на сгъстяване е много важно да се знае и се радвам, че намерих точна дефиниция. Тови в темата за турбо в БМВ форума не беше обяснено хубаво!

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Възпламеняване на водород / риск от детонации
« Отговор #5 -: Ноември 12, 2007, 11:44:09 am »
Още едно много полезно четиво от потребител Smokie (форума на Мазда)

http://forum.mazdabg.com/viewtopic.php?t=6264

Цитат
Нека приказката започне отначало.
Имало едно време....

На Земята съществува атмосфера, пълна с газове. Около 73% от тези газове е азот.

Налягането на 0 метра надморска височина е 1 атмосфера или 760 мм живачен стълб. Колкото повече се изкачваме, толкова по-ниско става налягането.

Манометър: устройство, което мери ОТНОСИТЕЛНОТО налягане спрямо текущото атмосферно налягане. Т.е. ако си мерите гумите, у-вото ще покаже с колко е по-голямо налягането спрямо атмосферното. Ако напомпате гумата на морето (0 метра) на 2 атмосфери и занесете гумата на Мусала, то манометъра ще покаже повече от 2 атмосфери (не ми се смята колко точно).

Idea Барометрите мерят АБСОЛЮТНОТО налягане.

Турбото, което набива 0.5 Бара манометрично измерено налягане, тъпче в действителност двигателя с 1.5 Бара.

Атмосферните мотори са онези, които разчитат на налягането на атмосферата да пълни цилиндрите с горивна смес. При пълненето обаче има загуби. Затова на практика мотора не се пълни с 1 Бар, дори да е на морето.

след малко ще се върна тук

Какво е степен на сгъстяване?

Степен на сгъстяване:
Това е отношението м/у два обема, началния и крайния.
Взимаме една спринцовка, която е разграфена до 10 см3. Отваряме буталото до чертичката на която пише 10. Трябва да изчакаме за да се напълни с въздух. Сега използваме пръст, за да запушим отвора (пръста в случая играе роля на идеално твърдо тяло... от гледна точка на физиката). Сега натискаме буталото до деление 1. Тъй-като при свиването намаляваме обема на въздуха, отделя се енергия под формата на топлина (изотермичен процес), затова трябва да изчакаме. Като изстине въздуха проверяваме налягането и установяваме 10 бара Smile
Т.е. при сгъстяване на въздуха от чертичка 10 до чертичка 1, т.е. 10:1, получаваме 10 бара налягане.

В цилиндъра, това е отношението на обема в ДМТ (долна мъртва точка) и ГМТ (горна мъртва точка), като това всъщност е горивната камера.

Да се върнем горе. За да видим колко се увеличава степента на сгъстяване с турбина, правим следната сметка. Турбина създава надналягане 1 бар умножено по степента на сгъстяване.
Или в крайна сметка, в един бензинов мотор със степен на сгъстяване 7:1 и турбо 1 бар = 7*(1 бар от атмосферата + 1бар от турбото) = 14:1
Аууу... ние дизел ли карахме или бензин?!. Да не говорим, че бензина трябва да е по-устойчив на детонации. Турбо надуффф-а не прощава!

Как да измерим степента на сгъстяване?
Ми... аз не се сещам за точен метод. Производителят прави горивната камера с неправилна форма. Ако се разглоби главата, затворят клапаните и се налее подходяща течност, можете да се получи някаква приблизителна стойност от това, което е в действителност.

Как се разрежда един двигател и какво правим с още една гарнитура?
Гарнитурите на цилиндровите глави не винаги са метални. Металните гарнитури са по-добри и повече държат на напън.

Малко сметки:
Моя Z5 мотор е с обем 1489 см3. Като го разделим на 4, получаваме, че обемът на 1 цилиндър е 372.25см3.
Степента на сгъстяване 9.4:1. Обема на горивната камера в ГМТ е Х (хикс).
или
(372.25+Х)/Х=9,4 където Х=44,3 см3
Ако към тези 44.3 см3 добавя обема на още един цилиндър с височина 0.17см (дебелината на гарнитурата) и диаметър 7,53см (диаметъра на дупката в гарнитурата) ще получа следното: 3.14*(7.53/2)^2*0.17= 7.57 см3.
След поставяне на гарнитурата, обема на цилиндъра ще стане 44,3+7.57~52см3.
С колко се променя степента на сгъстяване?
Лесно: (372.25+52)/52=8.2
Т.е. след поставяне на гарнитурата, степента на сгъстяване ще е 8.2:1 . Това е достатъчно за един много нежен надуффф.

Та... разредихме двигателя, хайде да видим до колко може да надуваме с турбина:
Максимална степен на сгъстяване 10:1.
0.9 Бара от атмосферата (има загуби при пълненето)
Степен на сгъстяване 8.2:1
10=8.2(0.9+Х)
Х=0.32 Бара.
Ето... Това е максималния надуф, който мога да направя. За повече ... други работи трябва да се правят Smile
И като погледнем по-горе сметките (онези за турбото и степента на сгъстяване), то не бих надул турбото повече от 0.32 Бараманометрично налягане. За 0.5 да не говорим!
____

Следващите редове не са по темата и ако искате ги игнорирайте...

Ако си спомняте горе свивахме спринцовка и чакахме да изстине въздуха. Обаче в цилиндъра процеса се извършва много бързо, т.е. въздуха няма време да изстине. Процесът не е изотермичен. Физиката казва, че такъв процес в цилиндрите е адиабатен, а по-точно казано, процесът е политропен.

Та, ако сгъстим въздух с определен обем много бързо 10 пъти, неговата температура рязко ще нарастне. Следователно и налягането ще се повиши повече от очакваното. Въпросът е... колко повече ще се повиши това налягане.
Уравнението на политропа е:
Полученото налягане = началното налягане * степен на сгъстяване ^ 1.377
Получена температура = начална температура * степен на сгъстяване ^ (1.377-1)
1.377 се нарича коефициент на политропа, който варира, но може да се приеме за 1.377.

Айде сега да смятаме:
Двигател със степен на сгъстяване 11:1, се пълни от атмосферата с 0.9 Бара (както казахме има загуби при пълненето), а температурата на околния въздух е 25 градуса Целзий (298 Келвина).

Налягането в края на сгъстяването ще е 23.5 Бара
Температурата в края на сгъстяването ще е 468 Градуса Целзий.

Айде... виждам как се опулваш и почваш да гледаш невярващо. Следва въпрос от публиката: Защо мойта компресия не е същата?

Та... какво е това компресия.
На компресията му казват измереното налягане в цилиндъра. Да ама не! Компресия не може да се измери така просто както степента на сгъстяване, или пък с манометър.

Защото:
1. Измерената компресия зависи пряко от това колко е зареден акумулатора (скоростта на въртене на стартера) и гъстотата на маслото. Така при ниски обороти се проявява ефекта на издишане от клапаните...
2. Измерената компресия зависи пряко от това какъв манометър се използва. Защото както сметнах по-горе, обема след сгъстяване е 44 см3. Когато към него се добави и обемът на манометъра и маркуча (примерно 10см3) ще видите, че камерата се е увеличила и цилиндърът се декомпресира. Така че, колкото по-голям манометър ползва мерачът, толкова по-малка компресия ще покаже... Да не говорим, че манометъра допълнително охлажда сгъстения въздух в цилиндъра, от което допълнително спада налягането.

Ако всичко сте разбрали, ще си отговорите защо дизеловите двигатели нямат запалителни свещи, а подгряващи. Smile

уморих се...
Лека нощ

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Възпламеняване на водород / риск от детонации
« Отговор #6 -: Ноември 12, 2007, 12:46:42 pm »
http://oupower.com/phpBB2/viewtopic.php?t=1685
Цитат

As for timing with Hydrogen/ Hydroxy, it needs to be SET at TDC or 1 degree After TDC. DISABLE ALL MECHANICAL and VACUUM ADVANCE/ ELECTRICAL/ DIGITAL ADVANCE for your ignition system.


Ако проявявате интерес прочетете цялата тема

http://oupower.com/phpBB2/viewtopic.php?t=1685

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Възпламеняване на водород / риск от детонации
« Отговор #7 -: Декември 09, 2007, 07:01:05 pm »
Цитат
I would like to build a Bob Boyce styled device. I have an 1800cc engine that I would like to use. I would like to calculate how much gas output I would need to run the engine to its 6000rpm redline. 6000rpm/60sec/min = 100 revs per second since this is a 4 stroke, only 50 revs/sec would require fuel, that is the intake stroke. At 50 revs using 1800cc 50x1800cc = 90 liters of air/fuel through the intake ports per second at 6000rpm. From what I have read so far I would need at fuel/air ratio of 1:34 or there abouts. So of the 90 liters of fuel/air only 90/34 = 2.65 liters of fuel will be needed per second. I would at least need a system that could generate 3 liters of gas a second at maximum output. Does this sound about right? Is there anything wrong with my calculations? Will the 101 plate Bob Boyce design provide this output? Thanks, Nick

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 622
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Възпламеняване на водород / риск от детонации
« Отговор #8 -: Декември 10, 2007, 10:18:12 am »
Да, горенето на водорода е в пъти по- бързо от това на сега използваните (бензин, дизел). Скоростта на пламъка е от 2,7 до 3,3 метра в секунда, ако не се бъркам.

Предварението се слага на 1 граду след горна мъртва точка, тъй като в смесица с друго гориво е по- вероятно да св получи т.нар. предварително изгаряне (не детонация), която да възпламени сместа преди буталото да е достигнало ГМТ- което се отразява в адски натоварвания в/у буталото, цилиндъра, коляновия вал, лагерите и т.н. -> съответно по- висока температура, по- бързо износване и пр.

По мое мнение, при използване на водород в ДВГ, предварението винаги трябва да е 1 градус след ГМТ, дори при смес с друго гориво.

Също така препоръчвам да се избягва употребата на водород в дизелови двигатели, тъй като от гоямата компресия температърата скача над 600 градуса, което е над температурата на самовъзпламеняване на водорода. Това се прави, защото към този момент почти всички методи за ползване на водород се свеждат до всмукването му през входящия колектор.

Евентуално се чудя дали може да се използва газов инжкцион за водород. Но те са с цени около 1000 лв и е по- добре да се експериментира на бензинови мотори (такива с компресия в ГМТ достигаща температура под 580 градуса).