Диссертация (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу), страница 9

Это подтверждается приведенными в Таблице 16 оценкамипогрешности примененного алгебраического подхода для описания вязкостнотемпературных характеристик ВТЭ. Так, среднеквадратическая ошибкааппроксимации не превышает 0,027 мм2/с, а максимальная относительнаяпогрешность составляет не более 1,635%. При этом следует отметить, чтопредложенный авторами алгебраический метод позволяет получить болееточные результаты аппроксимации, по сравнению с логарифмическим методом(Таблица 14 и 16).абвгРис. 2.6.Вязкостно-температурные характеристики ВТЭ, построенные по исходнымэкспериментальным данным (1), приведенным в Таблице 6, и расчетныехарактеристики (2), рассчитанные по формуле (11): 100% ДТ (а); 90% ДТ +10% воды (б); 80% ДТ + 20% воды (в); 70% ДТ + 30% воды (г)59Таблица 16.Оценка точности аппроксимации вязкостных характеристик ВТЭалгебраическим методомМетодАппроксимацииМаксимальнаяотносительнаяпогрешность,%Средняяпогрешность,мм2/сСреднеквадратичнаяпогрешность, мм2/сАлгебраическийМетод1,6350,02260,0270Назавершающемэтапеисследованийвязкостныххарактеристикэмульгированных топлив рассмотрены эмульсии рапсового масла и этанола.Свойства этих компонентов приведены в Таблице 1 и работах [6, 13, 47, 127].Следует отметить плохую растворимость этилового спирта в рапсовом масле.При температуре, равной t=25 оС, растворимость этанола в РМ не превышает5%, а при t=80 оС достигает лишь 35% (Рис.

2.7) [29]. Таким образом, принормальной температуре (t=20 оС) и содержании этилового спирта в смеси срапсовым маслом, превышающем 5%, эти два компонента могут находиться всмеси лишь в эмульгированном состоянии. Поскольку плотность и вязкостьэтилового спирта существенно ниже, чем у рапсового масла (см. Таблицу 6), сростом содержания ЭС в смесях с РМ плотность и вязкость этих смесейснижается.

Это подстверждается экспериментальными данными Рис. 2.8,приведенными в работе [29].Рис. 2.7.Температурная зависимость растворимости этилового спирта в рапсовом масле60абРис. 2.8.Зависимости вязкости (а) и плотности (б) смесей рапсового масла и этиловогоспирта от содержания спирта в смеси при t=20 оCЭмульгированных топлив производят с помощью эмульгирующихустройств (диспергаторов) различных типов [58, 65, 131]. В настоящей работедля получения эмульсий РМ и ЭС использовано эмульгирующее устройство,работа которого основана на электромагнитном вибрационном перемешиваниикомпонентов (Рис. 2.9) [78, 98, 123].

Оно включает основание 1 в видемассивной плиты, на которой закреплены четыре направляющие стойки 2,выполненные в виде прутков, имеющих резьбу по всей длине. Реактор 3выполнен в виде цилиндрической емкости с верхней 4 и нижней 5 крышками.Каждая из крышек снабжена патрубком 6, предназначенным для впуска ивыпуска компонентов. Нижняя крышка 5 имеет фланец, выходящий за габаритреактора 3, с четырьмя отверстиями для стоек 2. Фиксация реактора 3осуществляется с помощью гаек 7. В реакторе 3 установлен ряд чередующихсянеподвижных 8 и подвижных 9 дисков. Последние посредством штока 10связаны с якорем 11 электромагнитного двигателя, статор 12 которого черезфланец 13 связан со стойками 2 с помощью гаек 14. Между якорем 11 иреактором 3 на стойках 2 смонтированы три параллельных диска: внешние – 15и внутренний – 16.

Внешние диски фиксируются на стойках 2 с помощью гаек6117, а внутренний диск закреплен на штоке 10 на равном расстоянии от внешнихдисков. В промежутках между дисками установлены пружины 18. Всовокупности они образуют упругую систему.Рис. 2.9.Схема эмульгирующего устройства: основание (1); направляющие стойки (2);реактор (3); верхняя крышка (4); нижняя крышка (5); патрубок (6); гайки (7, 14,17); неподвижные диски (8); подвижные диски (9); шток (10); якорьэлектромагнитного двигателя (11); статор электромагнитного двигателя (12);фланец (13); внешние диски (15); внутренний диск (16); пружины (18)62Эмульгирующее устройствоработает следующимобразом.

Черезверхний патрубок 6 (Рис. 2.9) в реактор вводятся смешиваемые компоненты –рапсовое масло и этанол. При поступлении их в реактор включаютэлектромагнитный двигатель, якорь 11 которого совершает колебательныедвижения с заданной частотой и амплитудой. Они, в конечном итоге, иопределяют свойства получаемой эмульсии.

Колебательные движения якоря 11через шток 10 передаются на подвижные диски 9, которые перемещаютсямежду неподвижными дисками 8, изменяя объем пространства между дисками.Это вызывает попеременное растяжение и сжатие сред, находящихся междудисками, их турбулизацию и возбуждение в средах кавитационных пузырьков.Все это способствует тщательному перемешиванию РМ и ЭС. Для сниженияэнергоемкости процесса перемешивания расчетным или экспериментальнымметодами определяется частота собственных колебаний подвижной частиустройства путем изменения затяжки пружин 18 упругой системы. За счетперемещения внешних дисков 15 относительно внутреннего диска 16осуществляетсякорректировкасобственнойчастотыподвижнойчастиустройства, приближая ее к фиксированной частоте вынуждающей силы,развиваемой якорем 11 и добиваясь резонансного режима работы устройства.Размещениеустройствананаправляющихстойкахсвозможностьюперемещения его основных узлов значительно облегчает сборку устройства иосуществление различных регулировок, например, установку расстояниямежду подвижными и неподвижными дисками в реакторе, регулированиемагнитного зазора между якорем и статором электромагнитного двигателя идр.Дляполучениястойкихэмульсийэтихкомпонентовпримененэмульгатор – алкенилсукцинимид мочевины (СИМ), производимый по ТУ38.1011039-85.

Он представляет собой вязкую, прозрачную, растворимую вуглеводородах жидкость светло-коричневого цвета. Содержание эмульгатора вэмульгированных топливах не превышало 0,5 % (масс.). Полученные эмульсии63былидостаточностабильны:расслоениеэмульсиинадвефракциипроисходило лишь после нескольких недель хранения, но первоначальные види свойства эмульсии восстанавливались путем ее простого взбалтывания.ДляопределенияротационныйвязкостивискозиметрисследуемыхиспанскойфирмыэмульсийиспользованFungilab.Исследованакинематическая вязкость двухкомпонентной эмульсии рапсового масла (РМ) иэтилового спирта (ЭС) с объемным содержанием этанола 10 и 30% приотемпературе 20С. В Таблице 17 приведены исходные данные покинематической вязкости для среднедисперсной эмульсии на основе рапсовогомасла с диаметром капель этанола 50 мкм.Таблица 17 .Кинематическая вязкость эмульсий РМ и ЭС100% РМКинематическаявязкость, мм2/сСостав смесей90% РМ+10% ЭС70% РМ+30% ЭС63,9031,310,8Анализ полученных значений кинематической вязкости исследуемыхсмесей показывает, что зависимость кинематической вязкости эмульсии РМ иЭС от состава топлива может быть описана нелинейной зависимостью вида  a  b x1  c x12 ,где x1 – объёмная концентрация этанола в эмульсии.

Значения коэффициентовэтой формулы, найденные с использованием метода наименьших квадратов,оказалисьравны:a=63,9;b=-4,005ис=0,0745.Тогдаформулааппроксимации кинематической вязкости эмульсий РМ и ЭС при 20принимает вид:  63,9  4,005 x1  0,0745x12 .(2.12)дляоС64По выражению (2.12) построена зависимость кинематической вязкостиэмульсий рапсового масла и этилового спирта от концентрации этанола в смеси,представленная на Рис. 2.10.Рис. 2.10.Зависимость кинематической вязкости эмульсии рапсового масла и этанола отконцентрации этанола в эмульсии при 20 оС: экспериментальные точки (1);аппроксимационная зависимость (2)Проведенныеисследованиявязкостныххарактеристикмногокомпонентных и эмульгированных топлив подтвердили возможность ихиспользования в отечественных дизелях.

Полученные формулы для вязкостныххарактеристик рассмотренных топлив могут быть использованы при выборецелесообразногосоставатакихтоплив,вчастности,прирасчетныхисследованиях течения топлива в элементах системы топливоподачи. При этомнаибольший интерес вызывает течение топлива в распылителях форсунок.2.4.

Обоснование целесообразности моделирования течения топливав проточной части распылителя форсункиОдним из наиболее эффективных методов удовлетворения действующихи перспективных требований к показателям токсичности ОГ являетсясовершенствование процессов распыливания топлива и смесеобразования [30,39, 73, 92]. Улучшение качества протекания этих процессов может быть65достигнуто путем применения альтернативных топлив [27, 56, 69].

При этомперспективно использование смесевых и эмульгированных топлив, подборомсостава которых можно обеспечить заданные физико-химические свойствамоторного топлива, и, тем самым, целенаправленно воздействовать напротекание процессов распыливания топлива и смесеобразования.Необходимостьраспыливаниятопливадальнейшегоисовершенствованиясмесеобразованияотмеченапроцессоввомногихопубликованных работах [30, 31, 37, 64]. Причем, при разных способахсмесеобразования к параметрам впрыскивания и распыливания топливапредъявляют различные требования, которые и определяют конструкциютопливоподающей системы, и, в частности, форсунок [68, 73, 93, 122, 124].Наиболее жесткие требования к процессу топливоподачи относятся к дизелям собъемным и объемно-пленочным смесеобразованием, которые получили внастоящее время наиболее широкое распространение на транспорте и всельскохозяйственной технике. Это объясняется тем, что смесеобразование втаких дизелях характеризуется малым временем его проведения (30-40градусов п.к.в.) и, как следствие, неоднородностью состава горючей смеси повремени и в объеме КС.