Отчет “Перспективные альтернативные биоуглеводородные смесевые топлива на основе производных рапсового масла для дизелей украинского производства” 2000г. 7 Исследование физико-химических показателей альтернативного биотоплива на основе рапсового масла 19 icon

Отчет “Перспективные альтернативные биоуглеводородные смесевые топлива на основе производных рапсового масла для дизелей украинского производства” 2000г. 7 Исследование физико-химических показателей альтернативного биотоплива на основе рапсового масла 19


1 чел. помогло.
Смотрите также:
Основные сведения о трении и смазке...
Тесты отработавшего масла 46 моторные масла petro-canada для бензиновых двигателей 48...
Оценка качества растительных масел...
Фильтры и фильтрующие элементы очистки масла, воздуха и топлива...
Фильтрующие элементы очистки топлива, воздуха, масла...
Ароматерапия это улучшение психического и физического здоровья с помощью эфирных масел...
Пальмовое масло съедобное растительное масло...
«Организация производства и переработки зерна»...
® расчет показателей платежеспособности предприятия на основе новой формы бухгалтерского баланса...
Пояснительная записка по итогам работы за 2008 год по ОАО хангаласскому маслодельному заводу...
Лекция № Раздел: Пищевые жиры Тема: Товароведная характеристика и таможенная экспертиза...
Разработка и исследование...



страницы:   1   2   3   4   5
БИОДИЗЕЛЬ 

Физико-химические показатели и эколого-экономические характеристики работы дизельного двигателя

Харьков - 2002

УДК 621.43:662.6/.8

ББК 31.365:31.35

© Семенов В.Г.

© Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”


Рассмотрены физико-химические свойства и показатели растительных масел, сложных эфиров и их бинарных смесей с нефтяными топливами, экономические показатели и экологические характеристики дизельных двигателей при их работе на биотопливах.

Издание предназначено для специалистов по двигателям внутреннего сгорания, экологов, работников автохозяйств, фермеров и механизаторов, а также аспирантов и студентов старших курсов технических и химических специальностей.




ОГЛАВЛЕНИЕ:



Введение 1

1. Расчетная оценка влияния физических показателей альтернативных топлив на их характеристики впрыскивания и распыливания  2

2. Отчет “Перспективные альтернативные биоуглеводородные смесевые топлива на основе производных рапсового масла для дизелей украинского производства” 2000г. 7

^ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АЛЬТЕРНАТИВНОГО БИОТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА 19

4. альтернативные бинарные топливные смеси на основе рапсового масла и дизельного топлива (отчет)  22

^ 5 . РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ СМД-31 ПРИ ЕГО РАБОТЕ НА ТРАДИЦИОННОМ ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ И МЕТИЛОВЫХ ЭФИРАХ РАПСОВОГО МАСЛА 35

6. Дизельное топливо из рапса 38



Введение


Экономия энергоносителей органического происхождения, ужесточение норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, а также ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют большинство стран мирового сообщества искать пути уменьшения опасности воздействия тепловых двигателей на окружающую среду. В последнее время все более широкое распространение получают альтернативные биотоплива на основе растительных масел рапсового, соевого, подсолнечного, арахисового, пальмового) и их производных. Интенсивные работы по переводу дизелей на биотопливо ведутся как в странах с ограниченным энергетическим потенциалом, так и в странах с большими запасами нефтяного топлива, а также в высокоразвитых странах, имеющих возможность приобретения нефтяных энергоносителей.

В условиях дефицита на Украине нефтяного топлива (добыча нефти и газового конденсата составляет 4 млн. т, дотация — более 10 млн. т) наиболее перспективным, относительно дешевым способом является получение биотоплива из растительных масел (рапсового, подсолнечного и др.). Путем реакции метанолиза из рапсового масла получают топливо растительного происхождения — (композицию метиловых эфиров жирных кислот рапсового масла) и глицерин. В настоящее время в Европе (Германия, Франция, Австрия и др. страны) производится более 1,5 млн. т биотоплива. Как показывает более чем 20-летний опыт эксплуатации дизельных двигателей различного назначения, конвертация их на биодизель не требует никакого изменения в конструкции дизеля. Несмотря на некоторое увеличение до 10 % расхода биодизеля при работе двигателя на нем (метиловые эфиры являются кислородосодержащим топливом), значительно, на 25–50 %, уменьшается эмиссия вредных веществ с отработавшими газами, что позволяет использовать этот вид топлива для двигателей при их работе в экологически уязвимых местах (городская зона, зона отдыха, карьерные разработки и др.).

В настоящее время разработано и запатентовано бинарное альтернативное топливо на основе производных высокоэрукового рапсового масла и нефтяного топлива. Проработана возможность изготовления биодизеля из “бросового” (высококислотного) подсолнечного масла и отработанного фритюрного жира. Определено, что в условиях замкнутого цикла производства биодизеля и введения в рамках государства экологического налога на дизельное топливо, стоимость биотоплива будет меньше стоимости дизельного топлива. Стоимость полупромышленной установки по производству 1 тонны биодизеля в сутки составит 100-120 тыс. грн. Сельскохозяйственной академией им. Докучаева проведена работа по селекции районированного к условиям Харьковской области озимого и ярового рапса (урожайность: 17–19 ц/га). 


^

1. Расчетная оценка влияния физических показателей альтернативных топлив на их характеристики впрыскивания и распыливания 


Остановимся на рассмотрении вопроса, связанного с обоснованием и разработкой математической модели процессов смесеобразования и сгорания в цилиндре дизеля жидких альтернативных топлив (АТ). На наш взгляд, с учетом отличия физико-химических свойств АТ, можно применить к альтернативным топливам разработанную математическую модель процессов смесеобразования и сгорания жидких углеводородных топлив нефтяного происхождения, основные положения которой изложены выше.

К физическим свойствам топлива, оказывающим влияние на динамику топливной струи и мелкость распыливания при прочих равных условиях, относятся вязкость, поверхностное натяжение и плотность. При повышении вязкости возрастает дальнобойность топливной струи, что уменьшает долю объемного смесеобразования и приводит к попаданию на стенки камеры сгорания большего количества топлива. С понижением вязкости топлива средний диаметр капель топлива уменьшается и становится более однородным распыл. Однако при этом угол рассеивания топливной струи увеличивается, а дальнобойность уменьшается. Чем выше поверхностное натяжение, тем более устойчива капля к воздействию внешних сил и тем больше ее размеры. Чем меньше поверхностное натяжение, тем тоньше и однороднее распыливание топлива, что способствует ускорению процессов смесеобразования и сгорания.

К физическим характеристикам топлива, оказывающим влияние на процессы его испарения и выгорания, можно отнести среднюю объемную температуру кипения по характеристикам разгонки топлива, критические температуру и давление фазового перехода жидкого топлива в пар и др. С учетом отличия этих характеристик АТ от характеристик дизельных топлив можно определить константу испарения топлива и по кинетическим уравнениям испарения и выгорания распыленного топлива рассчитать характеристики тепловыделения на участках впрыскивания, развитого диффузионного горения и догорания.

В связи со сложностью протекания физико-химических процессов в цилиндре дизеля теоретические соотношения, полученные на основании законов химической кинетики, необходимо дополнить эмпирическими коэффициентами, учитывающими особенности протекания процесса сгорания в цилиндре дизеля. Значения этих коэффициентов можно получить путем идентификации математической модели процесса сгорания альтернативных топлив по экспериментальным характеристикам тепловыделения. Это безусловно требует проведения экспериментальных исследований по оценке влияния характеристик альтернативных топлив на процессы смесеобразования и сгорания, а также показатели работы двигателя.

При создании и разработке математической модели смесеобразования и сгорания альтернативных жидких углеводородных топлив (метанол, этанол, рапсовое масло, метилэфир рапсового масла и другие) используются математические выражения и критериальные зависимости, предложенные А.С. Лышевским и уточненные Н.Ф. Разлейцевым применительно к быстроходным форсированным дизелям. Нами была проведена оценка возможности использования критериальных зависимостей для определения дальнобойности lТ и угла раскрытия топливной струи g Т, мелкости распыливания dT применительно к жидким альтернативным топливам. В математических выражениях присутствуют такие физические параметры топлива как плотность топлива r Т, динамическая вязкость m Т и поверхностное натяжение s Т. Для стандартного (летнего) дизельного топлива вышеуказанные параметры имеют такие значения: r Т = 860 кг/м3; m Т = 3,8× 10–3 Па× с; s Т = 28× 10–3 н/м. При получении А.С.Лышевским критериальных зависимостей использовались данные опытов с жидкостями, для которых r Т, m Т и s Т изменялись в пределах: r Т = (0,7¼ 0,93)× 103 кг/м3; m Т = (0,4¼ 89,7)× 10–3 Па× с; s Т = (22¼ 30,7)× 10–3 н/м.

Исходя из того, что для жидких альтернативных топлив r Т, m Т и s Т по-видимому не выйдут за пределы крайних значений указанных величин (например, для рапсового масла r Т = 915 кг/м3; m Т = 69× 10–3 Па× с), можно сделать вывод о том, что характеристики впрыскивания и динамику развития струи можно рассчитывать по критериальным зависимостям А.С.Лышевского.

Рассматривая структуру выражений для определения величин lТ, g Т, dT можно отметить, что при неизменных режимных, конструктивных и регулировочных параметрах двигателя претерпевают изменения (в случае применения альтернативных топлив) значения величин r ТА, m ТА и s ТА.

Рассмотрим математические выражения, по которым определяются характеристика впрыскивания топлива и критериальные зависимости.

Средняя скорость за время впрыскивания цикловой порции топлива

, (1)

где Вц – цикловая порция топлива;

m fс – площадь эффективного проходного сечения распыливающих отверстий;

i – количество распыливающих отверстий;

t впр – продолжительность впрыскивания порции топлива.

В формулах для расчета показателей струи распыленного топлива используются следующие критерии:

- критерий Вебера, характеризующий соотношение сил поверхностного натяжения и инерции,

; (2)

- критерий М, характеризующий соотношение сил поверхностного натяжения и вязкости,

; (3)

- отношение плотностей воздуха и топлива,

, (4)

где dс – диаметр распыливающего отверстия форсунки; r а – плотность воздуха в цилиндре двигателя.

Проведем оценку влияния физических параметров топлива на характеристики впрыскивания и распыливания. При проведении оценки будем считать, что изменяются только физические параметры топлива (традиционного и альтернативного), а режимные, регулировочные и конструктивные параметры двигателя остаются без изменений. 

^ 1.1. Расчет пути, проходимого топливной струей от распылителя до границы между начальным и основным участками развития струи 

Запишем выражение для расчета границы между начальным и основным участками развития струи

, (5)

где Сs = 8,85 – эмпирический коэффициент.

. (6)

После ряда несложных преобразований получим выражение lТ функции величин r Т, m Т и s Т.

, (7)

где А – множитель, включающий в себя постоянные величины.

Аналогично (7) запишем выражение для альтернативного топлива

. (8)

Разделив выражение lТА на lТ, получаем

. (9)

Как видно из выражения (9), увеличение или уменьшение плотности топлива относительно стандартной величины практически не влияет на границу между начальным и основным участками развития струи. Увеличение поверхностного натяжения и уменьшение вязкости топлива без изменения прочих условий распыла приводит к приближению к распылителю границы участков. Основным фактором, влияющим на расположение границы между участками, является величина динамической вязкости топлива, так как ее значение, в зависимости от вида топлива, может изменяться в широком диапазоне (десятки раз), тогда как поверхностное натяжение изменяется в 1,3¼ 1,5 раза. 

1.2. Оценка относительного времени достижения струей альтернативного топлива стенки камеры сгорания 

Рассчитаем относительное время достижения струей альтернативного топлива стенки камеры сгорания. При проведении расчетов принимаем, что путь, проходимый струей традиционного и альтернативного топлива одинаков и равен расстоянию от распылителя форсунки до стенки камеры.

Запишем выражение для определения дальнобойности струи топлива на основном участке ее развития:

, (10)

где , Ds = 4¼ 5 – коэффициент.

Время достижения топливной струей стенки камеры сгорания t s запишем следующим образом

. (11)

После преобразований получим выражение

. (12)

Для альтернативного топлива

. (13)

Относительное время достижения вершиной струи топлива стенки камеры сгорания

. (14)

Как видно из (14), по мере увеличения r ТА и s ТА по сравнению с аналогичными величинами для летнего дизельного топлива и постоянном (мало изменяющимся) значением m ТА увеличивается время прохождения топливной струей расстояния от распылителя форсунки до стенки камеры сгорания. Это приводит к увеличению количества испарившегося топлива в объеме камеры сгорания, что оказывает влияние на динамику тепловыделения в начальной фазе процесса сгорания и увеличению “жесткости” работы двигателя. Если величина динамической вязкости топлива значительно увеличивается (например, рапсовое масло m ТА = 67× 10–3 Па× с, летнее дизельное топливо m Т = 3,8× 10–3 Па× с) время t уменьшается в 2,5 раза, что, в конечном итоге, приводит к увеличению доли пленочного смесеобразования и “мягкой” работе двигателя. При этом рациональное проектирование формы камеры сгорания и впускных каналов позволит исключить возможное рикошетирование топлива на “холодную” поверхность днища головки цилиндра и интенсифицировать процессы смесеобразования.

^ 1.3. Оценка влияния физических параметров топлива на мелкость его распыливания

Критериальное уравнение для отыскания средних диаметров капель топливной струи записывается в следуюшем виде

, (15)

где Е – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции форсунки и способа осреднения размеров капель.

Исходя из того, что конструкция форсунки остается неизменной при переходе на альтернативное топливо, коэффициент Е не изменяется.

Распишем составляющие уравнения для отыскания среднего диаметра капель традиционного топлива



(16)

где В – константа, включающая в себя все величины, неизменные для разных видов топлива.

Уравнение для расчета среднего диаметра капель альтернативного топлива

. (17)

Относительное изменение диаметра капель при переходе от традиционного топлива к альтернативному

. (18)

Как видно из выражения (18), на диаметр капель оказывают влияние плотность, поверхностное натяжение и вязкость топлива. По мере увеличения r ТА , s ТА и m ТА (переход к более тяжелым и вязким топливам) средний диаметр капель возрастает. При применении в качестве топлива рапсового масла средний диаметр капли топлива увеличивается в 1,6 раза (по сравнению с летним дизельным топливом). Некоторое увеличение дальнобойности топливной струи (за счет роста диаметра капель) несколько компенсирует ухудшение процессов испарения и смесеобразования более крупных капель топлива.

^ 1.4. Оценка влияния физических параметров топлива на угол рассеивания топливной струи

Наиболее интенсивно идут процессы испарения и смесеобразования распыленного топлива на основном участке развития струи (при малоизменяющемся угле раскрытия струи возрастает ее боковая поверхность по мере удаления от распылителя форсунки).

Критериальное уравнение определения угла раскрытия топливной струи на основном участке

, (19)

где Fs = 0,009 – постоянный коэффициент.

. (20)

Распишем составляющие уравнения (20):

. (21)

После преобразований получим следующее уравнение:

, (22)

где С – константа, включающая в себя все величины, неизменные для различных топлив.

Аналогично для струи альтернативного топлива запишем6

, (23)

Относительное изменение угла рассеивания топливной струи при переходе от традиционного топлива к альтернативному

(24)

При впрыскивании в цилиндр двигателя, например, вязкого рапсового масла, угол рассеивания топливной струи и ее боковая поверхность уменьшается, что приведет к уменьшению количества испарившегося топлива за период задержки воспламенения и более “мягкой” работе двигателя. Уменьшение угла рассеивания топливной струи позволит увеличить число сопловых отверстий и интенсифицировать “закрутку” воздушного заряда, что, в конечном итоге, положительно отразится на топливной экономичности двигателя.








оставить комментарий
страница1/5
Дата02.10.2011
Размер0.93 Mb.
ТипОтчет, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх