Автореферат (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 2

К первомуподходу относится метод Ниссана и Грюнберга, позволяющий определитькинематическую вязкость смеси в виде:nn nnnnn/ 1\lnv = £ x, ln v, +£ £ -i-jDj + £ £ £ xi-J-kDjk +... +Dj n П x,,(1)ii j>ii j>i k>j1где d v , D ljk, . . . , d ^ „ - коэффициенты, зависящие от температуры иконцентрации компонентов в смеси и учитывающие взаимодействие междукомпонентами. Во втором, предложенном авторами, методе аппроксимациикинематической вязкости топлив используется следующая формула:n—xV = £ [x t (a, + — + C ) +it2- x—(D , + —t)],(2)где Ai, Bi, Ci, Dj, Ei - постоянные коэффициенты, относящиеся к i-омукомпоненту и определяемые методом наименьших квадратов.С использованием этих двух методов получены аппроксимационныеформулы для различных видов смесевых и эмульгированных топлив.На основании экспериментальных данных по эмульсиям рапсового масла(РМ) и этилового спирта (ЭМ) получена зависимость кинематической вязкостиэмульсии РМ и ЭС от состава топлива, описываемая нелинейной зависимостью:v = 63,9 - 4,005 x + 0,0745x2.(2)Проведенные исследования вязкостных характеристик многокомпонентныхи эмульгированных топлив подтвердили возможность их использования вотечественных дизелях.

Полученные формулы для вязкостных характеристикрассмотренных топлив могут быть использованы при выборе целесообразногосостава таких топлив, в частности, при расчетных исследованиях течения4топлива в элементах системы топливоподачи. При этом наибольший интересвызывает течение топлива в распылителях форсунок.При моделировании течения исследуемых топлив в проточной частираспылителя форсунки использован программный комплекс (ПК) Fluent, спомощью которого проведены расчетные исследования параметров потокатоплива при его течении по каналам распылителя форсунки.

Рассчитаныпараметры течения нефтяного ДТ и эмульсии 70% РМ и 30% ЭС (по объему) враспылителе дизельной форсунки ФДМ-22 с распылителем типа 171.07.00Алтайского завода прецизионных изделий (АЗПИ). Этот распылитель имеетиглу диаметром dH=5 мм с максимальным ходом hH=0,32 мм, суммарнуюэффективная площадь в сборе цв/ р=0,270 мм (при полностью поднятой игле) ипять распыливающих отверстий диаметром dF=0,35 мм и длиной 1р = 1,1 мм.Исследуемое эмульгированное топливо представляет собой эмульсию ЭС в РМс диаметром капель ЭС, равным 50 мкм.Расчеты стационарного течения указанных топлив в проточной частираспылителя форсунки проведены при максимальном подъеме иглы форсункиmax=0,32 мм (проливка распылителя, но при повышенном давлении).Давление на входе в расчетную область принято равным р топл вх=51,5 МПа, чтосоответствуетдавлениювпроцессетопливоподачисерийнойтопливоподающей аппаратурой (ТПА) дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5).Температура топлива принята постоянной и равной t=40 о С.

Для ограничениявремени расчета рассмотрена симметричная геометрия элемента проточнаячасть распылителя с одним распыливающим отверстием (Рис. 1).абвРис. 1.Расчетная схема проточной части распылителя АЗПИ (а), принятая геометрияэлемента проточная часть распылителя АЗПИ с одним распыливающимотверстием (б) и разбивка на элементы (сетка) принятой геометрии проточнойчасти (в)На первом этапе исследований моделировалось стационарное течениенефтяного дизельного топлива (ДТ) марки Л (летнее) по ГОСТ 305-82 впроточной части распылителя АЗПИ.

Моделирование течения топлива враспылителе проведено при неизменном давлении на входе в расчетную областьр топл вх=51,5 МПа и при двух давлениях на выходе из расчетной области (навыходе из распыливающего отверстия). В первом случае давление на выходесоставляло р топл вых=0,1 МПа (впрыскивание в атмосферу), а во втором р топлвых=8,878 МПа, что соответствует давлению в камере сгорания (КС) дизеляД-245.12С в момент начала впрыскивания.5На Рис. 2, 3 и 4 показаны распределения давления топлива в продольномсечении всей проточной части распылителя, в исследуемом распыливающемотверстии, а также распределение турбулентной энергии потока топлива враспыливающем отверстии.абРис. 2.Распределение давления топлива в продольном сечении всей проточной частиисследуемого распылителя при противодавлениях р топл вых=0,1 МПа (а) иР топл вых=8,878 МПа (б)абРис.

3.Распределение давления топлива в распыливающем отверстии припротиводавлениях рТОП1Вых=0 ,1 МПа (а) и р ТОП1вых=8,878 МПа (б)III'■л^оиггЫаС*«"р О) *бРис. 4.Распределение турбулентной энергии потока топлива в распыливающемотверстии при р Топл вых=0,1 МПа (а) и р ТОШ1 вых=8,878 МПа (б)6По полученных расчетным данным получены средние по выбраннымсечениям распыливающего отверстия значения параметров потока топлива(Рис. 5, 6).Ртопл ср>МПаРис. 5.Зависимость среднего по сечениюдавления нефтяного дизельноготоплива р топл ср от текущей длиныраспыливающего отверстия 1ртек :р топл вых_ 0 ,1 МПа (1),Р топл вых=8,878 МПа (2)Рис.

6.Зависимость среднейтурбулентной энергии потоканефтяного ДТ Бтурбср от текущейдлины распыливающегоотверстия 1ртек :р топл вых_0,1 МПа (1);Р топл вых=8,878 МПа (2)Полученные аналитические результаты хорошо согласуются с расчетнымиданными опубликованных расчетных и экспериментальных работ. Этоподтверждает возможность использования описанной расчетной методики длямоделирования течения эмульгированного биотоплива в распылителедизельной форсунки. При этом исследовано течение эмульсии 70% РМ и 30%ЭС в проточной части распылителя АЗПИ.

При расчетных исследованиях сиспользованием ПК Fluent рассмотрена дисперсная фаза, состоящая из капельЭС с диаметром 50 мкм, равномерно распределенная по объему РМ. Для учетавлияния этих капель на характеристики потока эмульгированного топливаиспользована многофазная модель Эйлера (Eulerian Model o f Multiphase Flows)ПК Fluent.На Рис. 7 и 8 показаны распределения давления топлива и турбулентнойэнергии потока эмульгированного топлива в распыливающем отверстии. Поэтим данным построены зависимости средних по сечениям отверстияпараметров потока топлива от текущей длины отверстия (Рис.

9 и 10).7абРис. 7.Распределение давления эмульгированного топлива в продольном сечениираспыливающего отверстия при давлении на выходе из отверстияр топл вых 0,1 М^Па (а) и р топл вых 8,878 МПЯ (б)абРис. 8.Распределение кинематической энергии турбулентности потока эмульсии впродольном сечении распыливающего отверстия при давлении на выходе изотверстия Р топл вых=0,1 МПа (а) и р ТОпл вых=8,878 МПа (б)Рис. 9.Зависимость среднего по сечениюраспыливающего отверстиядавления эмульсии р топл ср от еготекущей длины 1р тек :р топл вых 0,1 МПа (1);Р топл вых=8,878 МПа (2)8Е т ур б2,л2с р , М /С150013001100^29007005001Рис. 10.Зависимость средней турбулентнойэнергии потока эмульсии Етурб ср оттекущей длины распыливающегоотверстия 1р тек -р топл вых=0,1 МПа (1),Р топл вых=8,878 МПа (2)300100ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 /р т е к , М МПроведенные расчеты показали, что при использовании нефтяного ДТ иэмульгированного биотоплива, содержащего 70% РМ и 30% ЭС параметрыпотока этих топлив в проточной части распылителя форсунки имеют некоторыеразличия.

Так, поскольку рассматриваемая эмульсия является высоковязкой, тои скорости ее течения оказались заметно меньшими по сравнению с нефтянымДТ. Так, при наличии противодавления р топл вых=8,878 МПа и работе нанефтяном ДТ средняя по поперечному сечению распыливающего отверстия навыходе из него аксиальная скорость течения составляет 224,7 м/с, а уэмульгированного топлива - 188,7 м/с. Отмечена и существенно меньшаятурбулентная энергия потока эмульсии по сравнению с нефтяным ДТ - вуказанном сечении турбулентная энергия потока нефтяного ДТ оказалась равна2198,9 м2/с2, а у эмульгированного топлива - 1452,4 м2/с2.

Такие различиятечения рассматриваемых топлив в проточных частях исследованногораспылителя повлияет и на протекание дальнейших процессов распыливаниятоплива, смесеобразования и сгорания.В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследованийдизеля, работающего на смесях рапсового масла и этанола. Они получены наодноцилиндровой установке ИДТ-69 в Российском университете дружбынародов (РУДН) доцентом П.Р. Вальехо Мальдонадо при участии авторадиссертации.

Установка представляет собой стенд с вихрекамерным дизелем,приводимым электродвигателем. Она выполнена с ТПА разделенного типа,включающей топливный насос высокого давления (ТНВД), топливопроводвысокого давления и форсунку со штифтовым распылителем. Объем вихревойкамеры изменяется с помощью регулировочного поршня, что приводит кизменению общей степени сжатия двигателя.На описанной установке типа ИДТ-69 были исследованы различныетоплива: нефтяное ДТ, РМ, смесь (эмульсия) 90% РМ и 10% ЭС, эмульсия 70%РМ и 30% ЭС. При исследованиях использован смеситель для полученияустойчивых смесей, которые сразу направлялись в двигатель.