Диссертация (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 14

2.35.Зависимость средней аксиальной скорости течения эмульсии Vакс ср оттекущей длины распыливающего отверстия lр тек: ртопл вых=0,1 Мпа (1);ртопл вых=8,878 Мпа (2)98Рис. 2.36.Зависимость средней объемной доли газовой фазы эмульсии Qгаз ср оттекущей длины распыливающего отверстия lр тек: ртопл вых=0,1 Мпа (1);ртопл вых=8,878 Мпа (2)Рис. 2.37.Зависимость средней объемной доли капель этилового спирта в эмульсииQэс ср от текущей длины распыливающего отверстия lр тек: ртопл вых=0,1 МПа(1); ртопл вых=8,878 МПа (2)99Рис. 2.38.Зависимость средней турбулентной энергии потока эмульсии Eтурб ср оттекущей длины распыливающего отверстия lр тек: ртопл вых=0,1 МПа (1);ртопл вых=8,878 МПа (2)Проведенный комплекс расчетных исследований показал, что прииспользовании нефтяного ДТ и эмульгированного биотоплива, содержащего70% РМ и 30% ЭС параметры потока этих топлив в проточной частираспылителя форсунки и, в частности, в распыливающих отверстиях форсункиимеют некоторые различия.

Так, поскольку рассматриваемое эмульгированноебиотливо является высоковязким (Таблица 20), то и скорости его теченияоказались заметно меньшими по сравнению с нефтяным ДТ (Рис. 2.24 и 2.35).Обращает на себя внимание и существенно меньшая турбулентная энергияпотока эмульгированного биотопливом по сравнению с нефтяным ДТ (Рис.2.26 и 2.38), что также обусловлено высокой вязкостью рассматриваемогоэмульгированного биотоплива. Так, при наличии противодавления ртоплвых=8,878МПа и работе на нефтяном ДТ средняя по поперечному сечениюраспыливающего отверстия на выходе из него аксиальная скорость течениянефтяного ДТ составляет Vакс ср=224,7 м/с (Таблица 21), а у эмульгированноготоплива – Vаксср=188,7м/с (Таблица 22). Соответственно, в этом сечениитурбулентная энергия потока нефтяного ДТ оказалась равна Eтурб ср=2198,9 м2/с2(Таблица 21), а у эмульгированного топлива – Eтурб ср=1452,4 м2/с2 (Таблица 23).100Такая картина течения рассматриваемых нефтяного ДТ и эмульгированногобиотоплива в проточных частях исследованного распылителя позволяетпредположить наличие различий и в характере протекания дальнейшихпроцессовраспыливанияСуществующиеразличиятоплива,смесеобразованияраспределенийэнергетическихисгорания.характеристикпотоков рассматриваемых топлив, безусловно, окажут влияние и на показателитопливной экономичности и токсичности ОГ дизеля, работающего наисследуемых видах топлива.

Но следует отметить, что меньшие скоростьтечения эмульгированного биотоплива и турбулентная энергия его потокаотчасти компенсируются дополнительной турбулизацией струй этого топливаза счет низкой температуры испарения этилового спирта, вызывающей резкое(«взрывоподобное»)испарениекапельЭС,чтоспособствуютболеекачественному распыливанию эмульгированного биотоплива.2.6. Основные результаты и выводы по второй главе1. В качестве наиболее перспективных биотоплив для дизелейрассматриваются биоэтанол и топлива, производимые из растительных масел.Физико-химические свойства этих биотоплив существенно отличаются отаналогичных свойств нефтяного дизельного топлива.2.Процесстопливоподачипредопределяетхарактерпротеканияпоследующих процессов смесеобразования и сгорания и, как следствиепоказатели токсичности отработавших газов дизеля и его топливнуюэкономичность.

Отмечено невысокое качество процесса топливоподачи прииспользовании в качестве топлива рапсового масла. Улучшение качествапроцессатопливоподачиможнообеспечитьзасчетиспользованияэмульгированного биотоплива. Рассмотрена возможность использованияэмульсии 70% рапсового масла и 30% этилового спирта.3. Среди физических свойств топлива наибольшее влияние на характерпротекания процесса топливоподачи оказывает его вязкость.

Вязкостьбиоэтанола и топлив, производимых из растительных масел, существенно101отличается от вязкости нефтяного дизельного топлива.4. Разработана методика расчета вязкости нефтяного дизельного топлива,биотоплив на основе растительных масел и эмульгированного биотоплива сдобавкойэтанолаипроведенырасчетные исследования. Полученныеаппроксимационные формулы для определения вязкости указанных топливхорошо согласуются с экспериментальными данными.5. Обзор и анализ программных комплексов, используемых длямоделирования потока жидкости в областях со сложной геометрией, позволилвыбрать для проведения расчетных исследований течения топлива в проточнойчасти распылителя форсунки программный комплекс Fluent.6. Разработана методика расчета показателей потока эмульгированногобиотоплива с добавкой этанола в проточной части распылителей дизельныхфорсунок с использованием ПК Fluent.

Проведены расчетные исследованияпоказателей потока эмульгированного биотоплива – смеси рапсового масла иэтанола в распылителях форсунок.7. Расчетные исследования распылителя типа 171.07.00 форсунки ФДМ22 дизеля Д-245.12С подтвердили различия в показателях качества процессатопливоподачи при использовании смеси 70% рапсового масла и 30%этилового спирта по сравнению с нефтяным дизельным топливом.8. При работе на эмульгированном топливе – смеси 70% рапсового маслаи 30% этилового спирта отмечена существенно меньшая турбулентная энергияпотока эмульгированного биотопливом по сравнению с нефтяным дизельнымтопливом. Так, при противодавлении 8,878 МПа и работе на нефтяномдизельном топливе средняя по поперечному сечению распыливающегоотверстия на выходе из него аксиальная скорость течения составила 224,7 м/спротив 188,7 м/с у эмульгированного топлива.

Соответственно, в этом сечениитурбулентная энергия потока нефтяного дизельного топлива оказалась равна2198,9 м2/с2, а у эмульгированного топлива – только 1452,4 м2/с2.1029. Следует отметить, что меньшие скорость течения эмульгированноготоплива и турбулентная энергия его потока отчасти компенсируютсядополнительнойтемпературытурбулизациейиспаренияструйэтиловогоэтоготопливаспирта,засчетвызывающейнизкойрезкое(«взрывоподобное») испарение капель этилового спирта, что способствуютболее качественному распыливанию эмульгированного топлива.103ГЛАВА 3.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЗЕЛЯ,РАБОТАЮЩЕГО НА ЭМУЛЬСИЯХ РАПСОВОГО МАСЛАИ ЭТАНОЛА3.1. Методы решения проблем использования этанолав качестве моторного топлива для дизелейПри использовании этанола в качестве моторного топлива для дизелейвозникаетрядпроблем,обусловленных,восновном,существеннымиразличиями физико-химических свойств нефтяного дизельного топлива иэтилового спирта (см. Главу 2).

Среди этих проблем следует выделитьпроблемы подачи этанола в камеру сгорания дизеля, его воспламенения вкамере сгорания, снижения ресурса деталей топливной аппаратуры дизеля,подающей спиртовое топливо в КС.Как отмечено в первой главе, возможны различные способы подачиэтанола в цилиндры дизеля: оно может впрыскиваться в чистом виде или всоставе спирто-топливной смеси (эмульсии) непосредственно цилиндры,подаваться во впускной трубопровод в жидкой фазе или в виде пара [30, 68,166, 175, 176].

При этом одновременная подача в камеру сгорания дизеляэтанола и нефтяного ДТ позволяет решить проблему воспламенениянизкоцетановогоспиртовоготоплива–обеспечитьегостабильноевоспламенение и снизить период задержки воспламенения (ПЗВ) τi.В работе [152] представлены результаты исследований работы дизелейфирмы Mercedes-Benz (Германия) на биоэтаноле. Испытаны автомобильныедизели моделей OM 352 и OM355/50, работающие на этаноле с присадкойTE6DN, изготовленной бразильской фирмой Britanite und Explo на основетриэтиленгликольденитрата.Эта присадкаулучшает самовоспламенениеэтанола до требуемого уровня при ее добавке 4,5 % (объемные доли).Результаты исследований свидетельствуют о том, что при работе указанных104дизелей на этаноле с присадкой износы деталей одинаковы или даже нижеизносов при работе на ДТ.Другим направлением обеспечения воспламеняемости спиртовых топливявляется их воспламенение от свечи зажигания [6, 143, 161, 166].

В работе[150] представлены результаты испытаний четырехцилиндрового тракторногодизеля фирмы Steyr размерности S/D=110/100, адаптированного для работы набиоэтаноле.Надизелебылаустановлена модернизированнаяголовкацилиндров с размещенной в ней свечей зажигания. Кроме того, была измененагеометрическая форма КС в днище поршня, установлены новый ТНВД,форсунки и топливоподкачивающий насос повышенной производительности.Исследования показали, что дизель на этаноле работал практически бездымно.По сравнению с работой на ДТ выброс NOх снижался, что являлосьрезультатом уменьшения температуры вследствие повышенной теплотыиспарения этанола. При работе дизеля на этаноле выброс монооксида углеродаСО оказался повышенным, но одинаковым с ДВС с искровым зажиганием.Выброс углеводородов СНх был относительно высоким, но он может бытьрадикально снижен при установке окислительного нейтрализатора.

Объемныйрасход этанола оказался в два раза больше, чем расход нефтяного дизельноготоплива, что являлось следствием более низкой теплоты сгорания этанола, аудельный приведенный расход этанола – лишь немного выше расходанефтяного ДТ.Проведеномногокомпонентныхрядисследованийсмесях,содержащихдизелей,дизельноеработающихтопливо,наспирты,растительные масла и другие компоненты. В работах [13, 151] сообщается орезультатах испытаний дизеля, работающего на микроэмульсионной смесидизельного топлива, соевого масла и спирта, проведенных по программе EMA(Engine Manufacturers Association), предназначенной для исследования влиянияальтернативных топлив на долговечность дизелей.