Диссертация (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 8

Припроведении расчетных исследований использованы экспериментальные данныеработы [17] по кинематической вязкости смесей нефтяного ДТ с некоторымирастительными маслами при температуре t = 20 оС (Таблица 7).Таблица 7.Кинематическая вязкость смесей нефтяного ДТ и растительных маселКинематическая вязкость [мм2/с] смесей нефтяного ДТ с различнымирастительными маслами при различной концентрации масел в смеси0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%РМ4,005,507,209,3012,3016,9022,4030,2041,5058,6063,90ПМ3,995,477,129,1011,9815,3720,4426,7934,3249,7961,60СМ4,916,047,3110,1315,8520,6026,7033,2042,3059,5073,90КМ4,005,567,649,5813,4317,9023,8030,1039,1055,2069,30ГМ4,796,508,0010,8015,2020,2025,6034,6046,2057,0076,00РР3,945,706,908,3015,2016,5022,4031,4052,1065,5090,80Примечание: РМ – рапсовое масло; ПМ – подсолнечное; СМ – соевое; КМ –кукурузное; ГМ – горчичное; РР – масло Pongamia PinnataДля рассматриваемых двухкомпонентных смесей и при t = 20 оС формула(2.4) имеет вид: I  x1 A1* x1xD1*  x2 A2*  2 D2* ,2  x12  x2(2.5)50где  I – кинематическая вязкость смеси, определенная с использованиемалгебраического метода; x1, x2 – концентрации нефтяного ДТ и растительногомасла;A1* ,D1* ,A2* ,D2*– коэффициенты, описываемые следующимисоотношениямиAi*  Ai Bi Ci ;tDi*  Di Eit,и являющиеся постоянными.

С использованием исходных данных Таблицы 7 иметода наименьших квадратов определены величины этих коэффициентов. Ихзначения приведены в Таблице 8.Таблица 8.Значения коэффициентов формулы (2.5) для смесей нефтяного ДТс различными растительными масламиКоэффициентыA1*D1*A2*D2*ДТ+РМ11,170ДТ+ПМ-53,293Смесевые топливаДТ+СМДТ+КМДТ+ГМ-57,171-42,471-54,94552,730129,293126,471116,371116,545218,820-38,65710,58316,3322,92817,21342,06642,657-5,793-12,3321,982-13,223-38,126ДТ+ PP-128,020При логарифмическом подходе к описанию зависимости кинематическойвязкости  II двухкомпонентных смесей нефтяного ДТ и растительных маселформула (2.1) принимает вид:ln II  x1 ln 1  x2 ln 2  x1 x2 D12или II   1 x  2 x e x x D121 212(2.6)где x1, x2 – концентрации нефтяного ДТ и растительных масел; ν 1 и ν2 – ихкинематическая вязкость.

При температуре t=20 оС коэффициент D12 имеетпостоянную величину для каждого вида смеси. С использованием метода51наименьших квадратов проведен расчет коэфициентов D12. Полученныерасчетные результаты приведены в Таблице 9.Таблица 9.Значения коэффициента D12 формул (2.6) для вязкости смесей нефтяного ДТс различными растительными масламиКоэффициентЗначения коэффициента D12 для различных смесевых топливДТ+РМДТ+ПМДТ+СМДТ+КМДТ+ГМДТ+ PP0,2930,1190,2450,0420,002-0,324D12Для сравнения точности аппроксимации характеристик кинематическойвязкости исследуемых смесей описанными выше методами построенырасчетные зависимости вязкости этих смесей от их состава, приведенные наРис.

2.4. В Таблице 10 представлены результаты оценки точности указаннойаппроксимации относительно исходных данных. Данные Рис. 2.4 и Таблицы 10свидетельствуют о возможности использования обоих используемых подходовк аппроксимации вязкостных характеристик исследуемых смесевых биотоплив,а также о преимуществах предложенного авторами алгебраического подхода.Таблица 10.Оценка точности аппроксимации вязкостных характеристик исследуемыхсмесевых биотоплив различными методами15,1415,8916,3044,195Средняяквадратичнаяошибка, м2/с2,4220,971,1140,835Относительнаямаксимальнаяпогрешность,%0,5110,130,0070,074Логарифмический подходСреднееотклонение,мм2/с27,2345,7410,8023,974Средняяквадратичнаяошибка, м2/сДТ+РМДТ+ПМДТ+СМДТ+КМСреднееотклонение,мм2/сПредложенный авторамиалгебраический подходОтносительнаямаксимальнаяпогрешность,%Видысмесей0,9820,120,3150,0122,8470,991,2650,83252Таблица 10 (Продолжение)ДТ+ГМДТ+PP3,89612518,4420,051850,0790,6575171,9106,0742515,8760,0646710,4160,7111482,163Примечание: РМ, ПМ, СМ, КМ, ГМ – рапсовое, подсолнечное, соевое,кукурузное, горчичное растительные масла, соответственноабвгдеРис.

2.4.Зависимости кинематической вязкости ν смесей нефтяного ДТ срастительными маслами от содержания масла в смеси См, построенные поэкспериментальным данным νо Таблицы 7, с использованием алгебраическогоподхода νI и логарифмического подхода νII к аппроксимации вязкостныххарактеристик смесевых биотоплив: смесь нефтяного ДТ и РМ (а); ДТ и КМ(б); ДТ и СМ (в); ДТ и ПМ (г); ДТ и ГМ (д); ДТ и Pongamia Pinnata (е)53Приведенныевышеданныеповязкостирастительныхмаселсвидетельствуют об их большой кинематической вязкости, достигающей 90мм2/с при температуре t=20 оC.

В связи с этим, целесообразно рассмотретьвозможность использования смесевых топлив, включая эмульгированныетоплива.В представленной работе исследована вязкость водотопливной эмульсии(ВТЭ) типа вода в топливе, полученная ультразвуковым методом и имеющаяразмеры капель воды в топливе порядка 50 мкм. При этом использованыэкспериментальные данные по этим эмульсиям, приведенные в работе [58] ипредставленные в Таблице 11.Таблица 11.Кинематическая вязкость водотопливных эмульсийпри различном содержании воды в ВТЭ и различных температурахТемпература, оС20304050607080Кинематическая вязкость [мм2/с] различных видов топлива100%90% ДТ + 10%90% ДТ + 10%90% ДТ + 10%ДТводыводыводы4,114,214,354,473,704,014,094,203,553,753,874,033,333,673,783,893,123,523,703,792,913,353,633,722,753,213,553,67С использованием данных Таблицы 11 по кинематической вязкостидвухкомпонетной ВТЭ, имеющей массовые концентрации ДТ и воды,соответственно x1 и x2, кинематическую вязкость ВТЭ ν с учетом вязкостичистых ДТ ν1 и воды ν2 и использованием описанного выше алгебраическогоподхода можно представить в виде I  x1 ( A1 B1xEBxE C1 )  1 ( D1  1 )  x2 ( A2  2  C2 )  2 ( D2  2 ) ,t2  x1tt2  x2t(2.7)54При использовании логарифмического подхода выражение для вязкостирассматриваемых ВТЭ принимает видAln II  x1 ln 1  x2 ln 2  x1 x2 (  Bt  C )tСиспользованиемили  II   1  2x1логарифмическогоx2Ax1 x2 (  Bt C )teподхода(2.8)аппроксимациякинематической вязкости ВТЭ может быть определена следующим образом.Принято, что входящие в выражение (2.8) коэффициенты A, B и C зависят отконцентрации воды x2.

Для определения зависимости этих коэффициентов от x2водится коэффициент корреляции R. В Таблице 12 приведены значениякоэффициентов A, B и C при разных концентрациях воды в ВТЭ, полученныеметодом наименьших квадратов, а также значения коэффициента корреляцииR. При этом имеет место нелинейная зависимость коэффициентов A, B и C отконцентрации воды x2, определяемая следующими формулами:A  а1x22  b1x2  c1 ,B  а2 x22  b2 x2  c2 ,C  а3 x22  b3 x2  c3 .(2.9)Коэффициенты формул (2.9) были определены методом наименьшихквадратов по известным значениям коэффициентов A, B и C при различныхконцентрациях воды в ВТЭ.

Полученные результаты сведены в Таблице 13.Таблица 12.Значения коэффициентов формул (2.8) для вязкости ВТЭ различногосостава и коэффициента корреляцииКонцентрация воды в ВТЭ x2 икоэффициент корреляции R10%20%30%RЗначения коэффициентовABC-5,3090,03216,90611,9420,04118,0397,150,03521,1480,7000,3270,96655Таблица 13.Значения коэффициентов формул (2.9)a11173,54b1с1537,815 -47,728a2-0,755b20,32с2a3-0,0076 101,38b3с3-19,548 17,855С учетом полученных значений коэффициентов Таблиц 12 и 13 формулы(2.8) принимают вид: 1173,54 x22  537,815x2  47,728t (0,755x22  0,32 x2  0,0076) t  101,38x22  19,548x2  17,855]ln II  x1 ln1  x2 ln 2  x1x2 [или1173,54 x 2 537,815 x 47,72822xx [( 0,755 x 2 0,32 x 0,0076) t 101,38 x 2 19,548 x 17,855]1 22222xxt  1 2 eII 1 2(2.10)Для сравнения, на основе исходных данных по кинематической вязкостичистого ДТ с помощью метода наименьших квадратов определена зависимостькинематической вязкости чистого ДТ от температуры в виде: II13,598 172,5621,8320,009ttt2.eНа Рис.

2.5 приведены вязкостно-температурные характеристики ВТЭприразличныхконцентрацияхводы,определенныеэкспериментально(Таблица 11) и по формулам (2.10). Отметим, что во всем исследуемомтемпературном диапазоне формулы (2.10) дают хорошее совпадение расчетныхи экспериментальных данных.

Это подтверждается представленными вТаблице 14 значениями погрешностей аппроксимации рассматриваемыхвязкостных характеристик. Средняя квадратичная погрешность расчетавязкости ВТЭ по формуле (2.10) не превышает 0,0335 мм2/с, а максимальнаяотносительная погрешность – не более 1,67%. Таким образом, результаты56аппроксимации вязкостно-температурных характеристик рассматриваемыхВТЭ с использованием логарифмического метода можно считать вполнеприемлемыми.абвгРис. 2.5.Вязкостно-температурные характеристики ВТЭ, построенные по исходнымэкспериментальным данным (1), приведенным в Таблице 11, и расчетныехарактеристики (2), рассчитанные по формулам (2.10): 100% ДТ (а);90% ДТ + 10% воды (б); 80% ДТ + 20% воды (в) ; 70% ДТ + 30% воды (г)57Таблица 14.Оценка точности аппроксимации вязкостных характеристик ВТЭлогарифмическим методомМетодАппроксимацииМаксимальнаяотносительнаяпогрешность,%Средняяпогрешность,мм2/сСреднеквадратичнаяпогрешность, мм2/сЛогарифмическийметод1,670,02470,0335С использованием предложенного авторами алгебраического методапроведена аппроксимация кинематической вязкости рассматриваемых ВТЭ.При этом на основе исходных данных по кинематической вязкости ВТЭ,приведенных в Таблице 15, методом наименьших квадратов определенызначения входящих в формулу (2.7) коэффициентов, представленные вТаблице 15.

С учетом значений этих коэффициентов формулу (2.7) можнопредставлять в виде: I  x1 (13,41 x34,97745,444261,701 0,016t )  1 (9,525 )  x2 (5,356  0,028t ) t2  x1ttx2543,503(5,811 ).2  x2t(2.11)Таблица 15.Значения коэффициентов формулы (2.7)A1B1C1D1E1A2B2C2D2E213,41-34,977-0,016-9,52545,444-5,356-261,7010,0285,811543,503Порезультатампроведеннойаппроксимациисиспользованиемалгебраического подхода – по формуле (2.11) построены вязкостнотемпературные характеристики исследуемых ВТЭ, представленные на Рис. 2.6.Отметим, что в рассматриваемых пределах изменения температуры различиямежду аппроксимационными кривыми и экспериментальными точками58невелики.