Отзыв_Козлова_с_трудами (Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу)

отзывофициального оппонентадоктора технических наук Козлова Андрея Викторовича на диссертациюаспиранта Бирюкова Владимира Владимировича на тему:«Методы повышения эффективности работы дизеля при использованиииэтанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу»,представленную на соискание учёной степеникандидата технических наукпо специальности 05.04.02 —тепловые двигатели.Автомобильный транспорт является одним из основных потребителейнефтепродуктов и останется главным потребителем моторных топлив на пе­риод до 2040-2050 г.г.

В ближайшей перспективе ожидаются увеличение по­требления нефтепродуктов при примерно постоянных объемах их производ­ства и нарастающий дефицит моторных топлив. Поэтому одним из основныхпутей совершенствования двигателей внутреннего сгорания, остающихся ос­новными потребителями нефтяных топлив, является их адаптация к работена альтернативных топливах. При этом особую значимость имеют альтерна­тивные топлива из возобновляемых источников энергии (биоэтанол, расти­тельные масла, биомасса и др.), позволяющие решить проблему снижениявыбросов в атмосферу углекислого газа.

Использование указанных биотоп­лив отличиями их физико-химических свойств от свойств нефтяного дизель­ного топлива, поэтому целесообразно использовать смесевых биотоплив. Всвязи с этим, тема представленной диссертационной работы, посвященнойповышению эффективности работы дизеля при использованиии этанола в ка­честве экологической добавки к дизельному топливу, представляется весьмаактуальной.Диссертационная работа выполнена в Московском государственномтехническом университете им. Н. Э. Баумана. Она посвящена разработке ме­тодов повышения эффективности работы дизеля при использованиии этанолав качестве экологической добавки к дизельному топливу. Общий объём дис­2сертации составляет 173 страницы, она содержит введение, 4 главы основно­го текста, основные выводы, заключение и список использованной литерату­ры, включающий 187 наименования. Диссертация изложена на 146 страницахосновного текста, содержит 62 рисунка и 30 таблиц.Во введении обоснована целесообразность адаптации дизелей транс­портного назначения к работе на биотопливах, показана актуальность, науч­ная новизна и практическая ценность диссертационной работы и дана общаяхарактеристика диссертации.В первой главе проанализированы основные проблемы использованиятоплив нефтяного происхождения в двигателях внутреннего сгорания и осо­бенности образования основных токсичных компонентов отработавших газовдизелей.

Рассмотрены основные виды альтернативных топлив и обоснованаактуальность их использования в дизелях. На основании результатов работряда отечественных ученых и исследований характеристик транспортных ди­зелей, работающих на биотопливах и их смесях с нефтяным дизельным топ­ливом, проведенных в ряде научных организаций России и за рубежом сфор­мулированы цель и задачи исследования.Во второй главе рассмотрены возможности пути использования этанолав качестве экологической добавки к нефтяному дизельному топливу. Это ли­бо эмульсии этих двух видов топлива, либо получение абсолютного (практи­чески не содержащего воды) этанола, которой хорошо смешивается с нефте­продуктами, а также с растительными маслами. Представлены результатырасчетных исследований течения нефтяного и эмульгированного топлива враспылителях дизельных форсунок.

Отмечено значительное влияние вяз­костных характеристик биотоплив на процессы топливоподачи, впрыскива­ние и распыливание топлива. Рассмотрены вязкостные характеристики самихрастительных масел, а также их эмульсий с этанолом, и проведены расчетныеисследования вязкости этих топлив. При этом использованы известный лога­рифмический и предложенный авторами алгебраический аппроксимационные подходы для аппроксимации кинематической вязкости топлив от ихтемпературы и состава. Проведенные исследования вязкостных характери­3стик смесевых и эмульгированных топлив подтвердили возможность их ис­пользования в отечественных дизелях.

Полученные формулы для вязкостныххарактеристик рассмотренных топлив могут быть использованы при выборецелесообразного состава таких топлив, в частности, при расчетных исследо­ваниях течения топлива в элементах системы топливоподачи. При этомнаибольший интерес вызывает течение топлива в распылителях форсунок.Рассмотрено течение нефтяного дизельного топлива и смеси 70% рапсо­вого масла и 30% этанола (по объему) в распылителе дизельной форсункиФДМ-22 с распылителем типа 171.07.00 Алтайского завода прецизионныхизделий (АЗПИ).

При моделировании такого течения исследуемых топливиспользован программный комплекс (ПК) Р1иеп1, с помощью которого про­ведены расчетные исследования параметров потока топлива при его течениипо каналам распылителя форсунки. Расчеты стационарного течения указан­ных топлив в проточной части распылителя форсунки проведены при макси­мальном подъеме иглы форсунки (проливка распылителя, но при повышен­ном давлении). Давление на входе в расчетную область принято равным 51,5МПа, что соответствует давлению в процессе топливоподачи серийной топ­ливоподающей аппаратурой дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5).

Для ограниче­ния времени расчета рассмотрена симметричная геометрия элемента проточ­ная часть распылителя с одним распыливающим отверстием.Проведенные расчеты показали, что при использовании нефтяного ди­зельного топлива и эмульгированного биотоплива, содержащего 70% рапсоворго масла и 30% этанола параметры потока этих топлив в проточной частираспылителя форсунки имеют некоторые различия. Так, поскольку рассмат­риваемая эмульсия является высоковязкой, то и скорости ее течения оказа­лись заметно меньшими по сравнению с нефтяным дизельным топливом.Так, при наличии противодавления 8,878 МПа и работе на нефтяном дизель­ном топливе средняя по поперечному сечению распыливающего отверстия навыходе из него аксиальная скорость течения составляет 224,7 м/с, а у эмуль­гированного топлива - 188,7 м/с.

Отмечена и существенно меньшая турбу­лентная энергия потока эмульсии по сравнению с нефтяным дизельным топ­4ливом - в указанном сечении турбулентная энергия потока нефтяного ДТоказалась равна 2198,9 м2/с2, а у эмульгированного топлива - 1452,4 м2/с2.Такие различия течения рассматриваемых топлив в проточных частях иссле­дованного распылителя влияют и на протекание дальнейших процессов распыливания топлива, смесеобразования и сгорания.Третья глава рассмотрены результаты экспериментальных исследова­ний дизеля, работающего на смесях рапсового масла и этанола, полученныена одноцилиндровой установке ИДТ-69 в Российском университете дружбынародов (РУДН) доцентом П.Р. Вальехо Мальдонадо при участии автора дис­сертации.

Установка представляет собой стенд с вихрекамерным дизелем,приводимым электродвигателем. Объем вихревой камеры изменяется с по­мощью регулировочного поршня, что приводит к изменению общей степенисжатия двигателя. Она выполнена с топливной аппаратурой разделенного ти­па. включающей топливный насос высокого давления, топливопровод высо­кого давления и форсунку со штифтовым распылителем.На установке ИДТ-69 были исследованы различные топлива: нефтяноедизельное топливо, рапсовое масло, его эмульсии с этанолом в соотношении90:10% и 70:30% (по объему). При исследованиях использован смеситель дляполучения устойчивых смесей, которые сразу направлялись в двигатель. Ко­личество топлива, подаваемого в камеру сгорания установки ИДТ-69, опре­делялось для каждого топлива из условия сохранения постоянства составасмеси (коэффициент избытка воздуха поддерживался на уровне около 2,25).Испытания проведены в два этапа.

На первом этапе топлива исследова­лись при степени сжатия 8=18 и различных углах опережения впрыскиваниятоплива (УОВТ) 0. На втором этапе УОВТ был постоянным и равным 0=13градусов поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (п.к.в. доВМТ). а степень сжатия 8 изменялась. Испытания первого этапа показали,что использование рапсового масла или его смеси с 10% этанола приводит кснижению дымности отработавших газов по сравнению с работой на нефтя­ном дизельном топливе. Причем, во всем диапазоне изменения УОВТ (0 от10 до 26 град, п.к.в.

до ВМТ) переход с дизельного топлива на рапсовое мае-5ло приводит к снижению дымности на 0,2-0,8 единиц по шкале Возск (на 3­19 %). Добавка к рапсовому маслу 10% этанола дополнительно снижаетдымность еще на 0,3-0,7 единиц по шкале Возск (на 7-18%). Максимальноеснижение дымности отработавших газов достигнуто при работе с 0=13 град,п.к.в. до ВМТ на рапсовом масле с 10% этанола и составило 1,6 единиц пошкале Возск или 24%.Результаты второго этапа испытаний свидетельствуют о том, что ис­пользование рапсового масла или его смесей с 10 и 30% этанола приводит кснижению дымности отработавших газов по сравнению с работой на дизель­ном топливе. Причем, во всем исследованном диапазоне изменения степенисжатия (е от 18 до 22) работа на рапсовом масле приводит к снижению дым­ности на 0,6-1,3 единиц по шкале Возск.

Добавка к рапсовому маслу 10%этанола дополнительно уменьшаем дымность еще на 0,5-0,7 единиц, а добав­ка к рапсовому маслу 30% этанола снижает дымность еще на 0,7-1,1 единицпо шкале Возск.Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям дизеля,работающего на смесях нефтяного дизельного топлива и абсолютного этано­ла. Отмечено, что одной из серьезных проблем, возникающих при использо­вании этанола в качестве моторного топлива, является его плохая смешивае­мостью с нефтяными и некоторыми альтернативными топливами. Решениеэтой проблемы возможно путем использования безводного (абсолютного)этанола, содержащего лишь десятые доли процента воды.