WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

«УДК 621.436.1 Н. Г. Банников GIK инженерно-технологический институт (Topi, district Swabi, KPK, Pakistan, e-mail: Mykola.Bannikov ХАРАКТЕРИСТИКИ СГОРАНИЯ ...»

НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

УДК 621.436.1

Н. Г. Банников

GIK инженерно-технологический институт

(Topi, district Swabi, KPK, Pakistan, e-mail: Mykola.Bannikov@gmail.com)

ХАРАКТЕРИСТИКИ СГОРАНИЯ МЕТИЛОВЫХ ЭФИРОВ

ЖИРНЫХ КИСЛОТ В ДИЗЕЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ

На основании анализа процессов впрыска топлива и индикаторных диаграмм исследованы характеристики сгорания метиловых эфиров Jatropha и их влияние на эффективные и токсические показатели дизельного двигателя. Рассмотрены методы повышения коэффициента полезного действия двигателя при работе на метиловых эфирах жирных кислот.

На підставі аналізу процесів уприскування палива та індикаторних діаграм досліджені характеристики згоряння метилових ефірів Jatropha та їх вплив на ефективні та токсичні показники дизельного двигуна. Розглянуті методи підвищення коефіцієнта корисної дії двигуна при роботі на метилових ефірах жирних кислот.

1. Введение Метиловые эфиры жирных кислот, называемые биодизелем, получают из растительных масел или животных жиров путем трансэстерификации и используют в качестве топлива для дизельных двигателей [1]. Основной целью использования биодизеля является сокращение потребления дизельного топлива нефтяного происхождения и предотвращение парникового эффекта.

Физико-химические свойства биодизеля, в частности объемный модуль упругости, вязкость, плотность, теплота сгорания, цетановое число и т.



д., отличаются от таковых для дизельного топлива. В силу этого конструктивные и регулировочные параметры двигателя, оптимизированные для работы на дизельном топливе, становятся неоптимальными для биодизеля. Большинство опубликованных исследований отмечают снижение эффективной мощности (Ne), увеличение удельного эффективного расхода топлива (ge), ухудшение эффективного КПД (e) и увеличение выхода оксидов азота с отработавшими газами при работе двигателя на биодизеле [2].

Существуют несколько методов снижения негативного воздействия биодизеля на показатели двигателя. Это использование смесей биодизеля с дизельным топливом, изменение конструктивных и регулировочных параметров двигателя и модификация топлива.

При использовании смесей изменение параметров двигателя пропорционально содержанию биодизеля в смеси [3]. Таким образом, использование смесей биодизель/дизельное топливо не уменьшает негативного эффекта, а только делает его менее заметным, суммарный же эффект, приведенный к массе потребленного биодизеля, остается неизменным.

Изменение регулировочных и конструктивных параметров двигателя (изменение угла опережения и давления впрыска топлива, числа и диаметра сопловых отверстий форсунки, степени сжатия, формы камеры сгорания и т.п.) является эффективным, но нежелательным методом, т.к. измененные параметры становятся неоптимальными при использовании традиционного дизельного топлива.

Наиболее перспективным методом решения проблемы является модификация топлива. Использование различных присадок (индивидуальные жирные кислоты, индивидуальные углеводороды, спирты и т.д.) к биодизелю позволит получить топливо с заданными свойст

–  –  –

вами, обеспечивающими заданный закон сгорания и, в результате, наилучшие экономические и токсические показатели [4].

При выборе присадок необходимо знать, какие свойства топлива необходимо модифицировать для обеспечения требуемых показателей. Для этого необходимо знать, вопервых: состав и физико-химические свойства используемого биодизеля; во-вторых: механизм влияния свойств топлива на показатели впрыска и сгорания; в-третьих: влияние закона сгорания топлива и других параметров на эффективные и токсические показатели двигателя.





Достоверные данные по перечисленным выше пунктам можно получить главным образом в результате экспериментальных исследований.

Целью работы является дальнейшее исследование путей оптимизации экономических и токсических показателей дизельного двигателя при работе на биодизеле путем модификации последнего.

Достижение поставленной цели возможно только путем тщательного исследования характеристик сгорания биодизеля на основании анализа процессов подачи топлива и индикаторных диаграмм двигателя.

2. Характеристики исследуемых топлив В данной работе испытывались метиловые эфиры масла Jatropha (далее биодизель J100), дизельное топливо (D100) и их смесь J20/D80 (20% J100 и 80% ДТ по объему). Выбор биодизеля J100 обоснован тем, что в Пакистане Jatropha curcas рассматривается как перспективный источник для коммерческого производства биодизеля. Характеристики топлив приведены в табл. 1. В таблице для сравнения также приведены свойства биодизеля B100 (независимо от источника получения), рекомендуемые стандартом ASTM D6751–06. Следует отметить, что вместо цетанового числа, определение которого трудоемко и требует специального оборудования, приведен цетановый индекс, рассчитываемый на основании плотности в градусах API (API gravity) и температуры выкипания 50% топлива.

Таблица 1. Свойства испытываемых топлив Метод B100 Параметры D J100 определения D6751–06 плотность при 15C, кг/м3 ASTM D1298 - 831,9 881,8 вязкость при 40C, сСт ASTM D445 1,9-6,0 3,348 4,62 температура воспламенения, C ASTM D93 130 min 65,0 148,0 кислотное число, мг КOH/г ASTM D664 0,80 max NA 0,44 температура помутнения, C ASTM D2500 - NA +3 температура застывания, C ASTM D97 - -6 NA низшая теплота сгорания, MДж/кг ASTM D240 - 42,41 38,3 цетановый индекс ASTM D976 47 min 50 47 свободный глицерин, % ASTM D128 0,020 NA 0,006 суммарный глицерин, % ASTM D128 0,24 NA 0,086

3. Экспериментальная установка, методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных Экспериментальные исследования проводились в лаборатории тепловых двигателей механического факультета GIK Инженерно-технологического института, Пакистан. Топлива исследовались на одноцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания в поршне. Спецификация двигателя приведена ниже Параметры Значение марка/изготовитель АС1 Lister-Petter, UK номинальная мощность, кВт 5,0 номинальная частота вращения, мин-1 3600 ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 5–6

НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

–  –  –

Более ранний впрыск топлива приводит к увеличению периода задержки воспламенения благодаря меньшим значениям давления и температуры заряда цилиндра, в который впрыскивается топливо.

Однако, как следует из табл. 2, несмотря на уменьшение температуры заряда, длительность задержки воспламенения биодизеля такая же, как и дизельного топлива. Этот факт свидетельствует о том, что цетановое число биодизеля выше, чем дизельного топлива, что противоречит данным табл. 2. Отсюда следует немедленный вывод – цетановый индекс, который является хорошей аппроксимацией цетанового числа нефтяного дизельного топлива, не может применяться для биодизеля.

В результате увеличения опережения впрыска и неизменной длительности задержки воспламенения сгорание биодизеля начинается на три градуса поворота коленвала (п.к.в.) раньше, чем дизельного топлива. Количество гомогенной горючей смеси биодизеля с воздухом, образовавшейся за период задержки воспламенения, меньше, чем дизельного топлива вследствие низшей средней температуры заряда. В результате уменьшается максимальная скорость сгорания и количество биодизеля, сгоревшего в фазе быстрого сгорания. Косвенным подтверждением этого является меньшая скорость нарастания давления при сгорании биодизеля.

Рис. 2 иллюстрирует изменение эффективных показателей двигателя при номинальной частоте вращения. Удельный эффективный расход биодизеля J100 и смеси J20/D80 выше расхода дизельного топлива на всех нагрузках. При этом увеличение расхода J20/D80 пропорциональРис. 2.

Эффективные показатели двигателя:

но его составу. Удельный эффективный n = 3600 мин–1 КПД уменьшается от D100 до J100, но ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 5–6

НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

–  –  –

опережения впрыска и цетанового числа топлива. Следовательно, модифицируя топлива присадками, вполне возможно наряду с эффективным КПД оптимизировать и выбросы NOx.

Снижение дымности ОГ и выброса несгоревших углеводородов объясняется содержанием кислорода в биодизеле. Уменьшение продолжительности сгорания будет способствовать снижению выброса продуктов неполного сгорания. Увеличение выброса CO при нагрузках, близких к номинальной, требует дальнейшего исследования. Одной из причин повышенного выброса СО может быть ухудшение качества распыливания и смесеобразования биодизеля.

4.2. Снижение негативного влияния J100 на показатели двигателя путем присадки бутанола В этой части исследования была предпринята попытка увеличения эффективного КПД двигателя, работающего на J100 добавке спиртов, имеющих низкое цетановое число.

Экономически целесообразным было бы использование метилового или этилового спиртов.

Но их использование в испытанном двигателе было невозможным в силу его конструктивных особенностей. В испытываемом двигателе (как и в ряде других одноцилиндровых) корпус топливного насоса расположен в картере двигателя и подвержен воздействию разбрызгиваемого смазочного масла, температура которого достигает значений выше 100°С. Экспериментально было установлено, что при работе двигателя на смесях дизельного топлива с метанолом при температуре смазочного масла выше 85°С в системе топливоподачи образуются паровые пробки и двигатель останавливается. Поэтому для эксперимента был выбран бутанол, температура кипения которого равна 117°С. Низшая теплота сгорания бутанола равна 33,08 МДж/кг, вязкость 3,64 сСт при 20°С и 2,27 сСт при 40°С, цетановое число 25.

Были испытаны десяти- (J90/B10) и двадцати- (J80/B20) процентные смеси бутанола с биодизелем J00. Характеристики сгорания смесей представлены на рис. 4. Рис. 5 иллюстрирует относительное изменение эффективных и токсических показателей двигателя (приведенных к J100).

Анализ результатов показал, что впрыск смеси J80/B20 начинается на 0,4 град п.к.в.

раньше, чем J100. Однако в силу меньшего цетанового числа задержка воспламенения J80/B20 увеличилась на 1,2 град п.к.в, по сравнению с J100. В результате сгорание J80/B20 начинается на 0,8 град п.к.в. позже и несколько увеличивается скорость тепловыделения. Но главный результат – требуемое изменение формы кривой давления – достигнут. Как видно из рис. 4, давление в цилиндре в быстрой фазе сгорания J80/B20 меньше, чем для J100, что привело к уменьшению отрицательной работы сжатия и увеличению e на 2% (рис. 5). Увеличение e компенсировало меньшую теплоту сгорания бутанола, и удельный эффективный расход смеси J80/B20 практически не изменился по сравнению с J100. Из рис. 5 также следует, что по сравнению с J100, J80/B20 показывает снижение выбросов NOx (3%), СО (15%) и дымности отработавших газов (17%). Выход несгоревших углеводородов увеличивается, но, учитывая низкие абсолютные выбросы, порядка 10– Рис. 4. Влияние присадки бутанола к биодизелю г/кВтч, это увеличение можно считать на характеристики впрыска и–1 сгорания топлива:

n = 3600 мин несущественным.

ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 5–6

НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА



Похожие работы:

«Тема номера обороны СССР о присвоении нам воинского звания "лейтенант". Начальник училища генерал-майор Н. В. Кузнецов вместе со своими заместителями вручил нам "золотые" офицерские погоны и дипломы с нагрудными знаками и поздравил нас с присвоением воинского з...»

«Районный этап областного конкурса экскурсионных проектов учащихся "Пенза литературная" (в рамках проекта "Малая Родина") Экскурсионный проект “По литературным местам Пензенской области” Есть маленький домик в Поиме. МОУ СОШ им. И.И. Пушанина с. Пушанина Белинского района Пенз...»

«ГЕОБОТАНИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ И СОСТАВЛЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ КАРТ РАСТИТЕЛЬНОСТИ Т.К. Юрковская Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН, Санкт-Петербург yurkovskaya@hotmail.ru Введение Геоботаническое картографирование явл...»

«ОБРАЗОВАНИЕ В МЕСТАХ КОЧЕВИЙ НА ЯМАЛЕ ОБРАЗОВАНИЕ В МЕСТАХ КОЧЕВИЙ НА ЯМАЛЕ Отличительной особенностью Ямало-Ненецкого автономного округа является то, что достаточно большое количество коренного населения ведет коч...»

«ЦЕНТР НАУКОВИХ ПУБЛІКАЦІЙ ЗБІРНИК НАУКОВИХ ПУБЛІКАЦІЙ "ВЕЛЕС" ІІ МІЖНАРОДНА КОНФЕРЕНЦІЯ "РОЗВИТОК НАУКИ У ВІК ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ" (м. Київ | 30 листопада 2016 р.) 1 частина м. Київ – 2016 © Центр наукових публікацій УДК 082 ББК 94.3 Збірник центру наукових публікацій "Велес" за матеріалами ІІ міжнародної науково-практичної конференції: "Роз...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" Уральский энергетический институт УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе _ С.Т.Князев "_" _ 2017 г. ПРОГРАММА ГОС...»

«ТД "В-КИП" +7 (4722) 40-01-22 v-kip.com ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ ФАЗА-НУЛЬ ЦК 0220 Руководство по эксплуатации Ба 2.728.001РЭ Измеритель параметров цепи фаза-нуль ЦК 0220 (в дальнейшем – измеритель) предназначен для измерения силы тока короткого замыкания (в дальнейшем силы тока к.з.), полного электрического сопротивления, напряжени...»

«Вострецов Юрий Евгеньевич О ЗАБЫТОМ ЖЕЛУДЕ В статье рассматривается роль желудей как пищевых ресурсов в эволюции человека. Формулируются причины слабого интереса археологов и этнографов к изучению вопросов питания. Анали...»

«ОАО "Свердловский завод трансформаторов тока" Утвержден 1ГГ.671 234.003 РЭ-ЛУ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ТШЛ-10 РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ 1ГГ.671 234.003 РЭ Россия, 620043, г. Екатеринбург, ул. Черкасская, 25 1ГГ.671 234.003 РЭ Настоящее руковод...»








 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.