Обзор применения водно-топливных эмульсий в ДВС | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №18 (152) май 2017 г.

Дата публикации: 06.05.2017

Статья просмотрена: 247 раз

Библиографическое описание:

Галка Г. А., Ерунцова Е. С. Обзор применения водно-топливных эмульсий в ДВС // Молодой ученый. — 2017. — №18. — С. 27-30. — URL https://moluch.ru/archive/152/43111/ (дата обращения: 25.09.2018).



В нашей стране исследуется возможность применения в качестве моторного топлива водно-топливных эмульсий (ВТЭ), позволяющих повысить экономичность двигателей и снизить токсичность отработавших газов. Удорожание жидкого топлива и возрастание нагрузки на окружающую среду продуктами его сгорания приводит к необходимости поиска путей его экономии и способов сжигания, обеспечивающих уменьшение выбросов вредных веществ. Одним из таких путей является применение в качестве моторного топлива водо-топливных эмульсий (ВТЭ).

По сравнению с обычным дизельным топливом использование гомогенизированной водно-топливной смеси позволяет повысить коэффициент сжигания топлива и уменьшить вредные выбросы в атмосферу. Механизм этого эффекта объясняется следующим.

Дизельное топливо, поступая в камеру сгорания, распыляется форсункой. Дисперсность капель дизельного топлива составляет 0,03…0,1 мм. Если в такой капле топлива находятся включения более мелких капель воды с дисперсностью около 1…5 мкм, то, попадая в область высокой температуры в цилиндре двигателя, капли взрываются, разрывая частицы топлива на множество более мелких частиц, образуя «вторичный распыл». Это обусловлено большой разницей температур кипения топлива (200…360°С) и воды (100°С).

Описанное выше явление обусловливает высокую скорость испарения топлива в цилиндре двигателя и более быстрое и полное выгорание его легких составляющих на первом этапе горения. Далее, на втором этапе горения, при достижении высокой температуры в цилиндре двигателя от горения легких фракций топлива, пары воды и топлива диссоциируют на активные радикалы (Н, ОН и др.). Эти радикалы, являющиеся катализаторами горения углерода, значительно сокращают время горения тяжелых составляющих топлива, в первую очередь остатков сажи. В результате, на заключительной стадии горения топлива в цилиндре двигателя, время выгорания остатков сажи, составляющее до 40 % общего времени горения капли обычного топлива, у эмульгированных топлив существенно сокращается. При этом суммарная скорость и полнота сгорания в цилиндре двигателя вязких топлив в виде ВТЭ становится примерно равной скорости сгорания легких дизельных топлив. И, как результат, вязкое топливо полностью успевает сгорать даже в цилиндрах высокооборотных дизелей, резко снижаются отложения нагаров на деталях ЦПГ. Имеется положительный опыт работы высокооборотных дизелей типа Ч 8,5/11; Ч 12/16; Ч 13/14 на эмульсии вода — моторное топливо. Вредного воздействия на детали топливной аппаратуры частицы воды водо-топливной эмульсии не оказывают, так как их размеры меньше зазоров в плунжерных парах и форсунках, а частицы воды окружены снаружи плотной пленкой топлива, предохраняющей от непосредственного контакта металла с водой.

Основной задачей при проектировании подобных систем является разработка критериев оптимизации и их формализация для целей управления.

C:\Users\123\Desktop\ст.jpg

Рис. 1. Зависимость дымности отработавших газов от концентрации воды в ВТЭ при реостатных испытаниях дизеля ПД-1М тепловоза ТЭМ-2

C:\Users\123\Desktop\статья.jpg

Рис. 2. Зависимость удельного расхода топлива от концентрации воды в ВТЭ при реостатных испытаниях дизеля ПД-1М тепловоза ТЭМ-2

На основе анализа этих данных можно сделать следующие общие выводы о характере изменения показателей токсичности и экономичности в зависимости от количественного соотношения компонентов эмульсии: при изменении концентрации воды в ВТЭ показатели токсичности ОГ (СО, дымность и т. д.) в установившихся режимах (при фиксированной нагрузке) монотонны или имеют экстремальное поведение с одной точкой экстремума (выпуклость функций статических характеристик), характер монотонности (возрастание или убывание) зависит от конструкции топливной аппаратуры, типа двигателя и др; показатель экономичности (удельный расход топлива при фиксированной мощности) имеет экстремальный характер в зависимости от концентрации воды в ВТЭ с участком минимального удельного расхода в некотором интервале изменения Сw; в силу ряда физико-химических особенностей сгорания ВТЭ в ДЭУ точки экстремума статических характеристик по экономическим и экологическим показателям не совпадают [1].

С практической точки зрения, учитывая вышеуказанные особенности объектов управления, можно выделить основные состояния этих объектов и соответствующие этим состояниям режимы оптимизации (рис.3 и 4.)

C:\Users\123\Desktop\сттиа.jpg

Рис. 3. Показатели токсичности не превышают соответствующих ПДК в диапазоне допустимых Cw. Оптимальная концентрация-точка минимума статической характеристика удельного расхода топлива

C:\Users\123\Desktop\4.jpg

Рис. 4. Показатели токсичности не превышают соответствующих ПДК в некотором интервале изменения Cw, включающем интервал экстремального поведения кривой расхода чистого топлива

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации основных загрязняющих веществ ватмосферном воздухе

Вещество

ПДК, мг/м3 Максимальная разовая

ПДК, мг/м3 Среднесуточная

Азота диоксид

0,085

0,04

Азота оксид (II)

0,4

0,06

Оксид углерода

5

3

Сажа

0,15

0,05

К преимуществам водо-топливных эмульсий можно отнести:

− Уменьшается нагарообразование, повышается надежность работы цилиндропоршневой группы, газо-выпускного тракта, топливной аппаратуры, увеличивается срок между очистками топливных фильтров [2];

− С уменьшением температуры выпускных газов снижается тепло-напряженность деталей цилиндропоршневой группы, скорость загрязнения смазочного масла;

− Снижается токсичность отходящих газов.

К недостаткам водно-топливных эмульсий относят:

− Наличие в составе СЭУ специальной аппаратуры для приготовления эмульсий;

− низкая седиментационная устойчивость (недостаток устраняется при использовании специальных присадок или поверхностно-активных веществ).

Применение альтернативных топлив в судовых энергетических установках позволит снизить зависимость от нефтяных топлив и повысить экологическую эффективность судов. Использование водно-топливных эмульсий в СЭУ уже является реальностью. В ближайшей перспективе — увеличение доли альтернативных топлив в общем объеме и постепенное замещение ими традиционных на флоте мазута и дизельного топлива.

Литература:

  1. Промтов М. А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. Монография. — М.: Машиностроение
  2. Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Ромакин С. С., Рудаков В. П., Шмырков О. В. Повышение экономичности сжигания топлива в паровых котлах изменением характеристик топливного факела в топке. Энергосбережение и водоподготовка.
Основные термины (генерируются автоматически): цилиндр двигателя, дизельное топливо, моторное топливо, топливо, показатель токсичности, концентрация воды, удельный расход топлива, реостатное испытание дизеля, высокая температура, этап горения.


Похожие статьи

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

В работе приводятся результаты влияния применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с двойной системой топливоподачи (ДСТ) в зависимости от различных установочных УОВТ на удельный эффективный расход топлива при n = 1800 мин-1.

Влияние показателей качества автомобильного бензина...

Встатье рассмотрено влияние показателей качества нефтяных топлив, автомобильного бензина и дизельного топлива, на состояние окружающей среды и здоровье человека. Представлены требования современных нормативных документов...

Влияние цетаноповышающих присадок на работу двигателей...

Требования ккачественным показателям дизельного топлива.

В таблице 2 приведены значения цетановых чисел дизельных топлив, которые производятся на ряде нефтеперерабатывающих заводов РФ [3, 4].

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой сгорания при работе.

Объемное содержание и массовая концентрация оксидов азота в отработавших газах дизеля при работе на метаноле и n = 1400 мин-1.

Исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при...

В данной статье рассмотрено исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при работе на дизельном топливе и природном газе. Ключевые слова:дизель, альтернативное топливо, природный газ, эффективные показатели, максимальный крутящий момент.

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой...

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при различных установочных УОВТ можно отметить следующее. Минимальное значение ge∑ наблюдается при подаче метанола на установочном УОВТ ΘМ=34º и впрыскивании ДТ при установочном УОВТ...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

В то же время использование альтернативных, экологически более чистых моторных топлив позволит снизить токсичность ОГ дизелей.

На рис. 1 представлено изменение показателей сажесодержания и температуры в цилиндре дизеля и газодизеля с турбонаддувом 4ЧН 11...

Способы улучшения эксплуатационных свойств дизельного...

Ключевые слова: дизельное топлива, обработка, кавитация. В настоящий момент существует множество способов улучшения качества дизельного

Одним из действенных методов совершенствования смесеобразования и интенсификации процесса горения топлива является...

Влияние установочного угла опережения впрыскивания топлива...

Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, природный газ, оксиды азота, объемное

Характеристики снимались для определения и оптимизации эффективных и экологических показателей двигателя, а также показателей горения и характеристик тепловыделения.

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

В работе приводятся результаты влияния применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с двойной системой топливоподачи (ДСТ) в зависимости от различных установочных УОВТ на удельный эффективный расход топлива при n = 1800 мин-1.

Влияние показателей качества автомобильного бензина...

Встатье рассмотрено влияние показателей качества нефтяных топлив, автомобильного бензина и дизельного топлива, на состояние окружающей среды и здоровье человека. Представлены требования современных нормативных документов...

Влияние цетаноповышающих присадок на работу двигателей...

Требования ккачественным показателям дизельного топлива.

В таблице 2 приведены значения цетановых чисел дизельных топлив, которые производятся на ряде нефтеперерабатывающих заводов РФ [3, 4].

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой сгорания при работе.

Объемное содержание и массовая концентрация оксидов азота в отработавших газах дизеля при работе на метаноле и n = 1400 мин-1.

Исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при...

В данной статье рассмотрено исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при работе на дизельном топливе и природном газе. Ключевые слова:дизель, альтернативное топливо, природный газ, эффективные показатели, максимальный крутящий момент.

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой...

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при различных установочных УОВТ можно отметить следующее. Минимальное значение ge∑ наблюдается при подаче метанола на установочном УОВТ ΘМ=34º и впрыскивании ДТ при установочном УОВТ...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

В то же время использование альтернативных, экологически более чистых моторных топлив позволит снизить токсичность ОГ дизелей.

На рис. 1 представлено изменение показателей сажесодержания и температуры в цилиндре дизеля и газодизеля с турбонаддувом 4ЧН 11...

Способы улучшения эксплуатационных свойств дизельного...

Ключевые слова: дизельное топлива, обработка, кавитация. В настоящий момент существует множество способов улучшения качества дизельного

Одним из действенных методов совершенствования смесеобразования и интенсификации процесса горения топлива является...

Влияние установочного угла опережения впрыскивания топлива...

Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, природный газ, оксиды азота, объемное

Характеристики снимались для определения и оптимизации эффективных и экологических показателей двигателя, а также показателей горения и характеристик тепловыделения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

В работе приводятся результаты влияния применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с двойной системой топливоподачи (ДСТ) в зависимости от различных установочных УОВТ на удельный эффективный расход топлива при n = 1800 мин-1.

Влияние показателей качества автомобильного бензина...

Встатье рассмотрено влияние показателей качества нефтяных топлив, автомобильного бензина и дизельного топлива, на состояние окружающей среды и здоровье человека. Представлены требования современных нормативных документов...

Влияние цетаноповышающих присадок на работу двигателей...

Требования ккачественным показателям дизельного топлива.

В таблице 2 приведены значения цетановых чисел дизельных топлив, которые производятся на ряде нефтеперерабатывающих заводов РФ [3, 4].

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой сгорания при работе.

Объемное содержание и массовая концентрация оксидов азота в отработавших газах дизеля при работе на метаноле и n = 1400 мин-1.

Исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при...

В данной статье рассмотрено исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при работе на дизельном топливе и природном газе. Ключевые слова:дизель, альтернативное топливо, природный газ, эффективные показатели, максимальный крутящий момент.

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой...

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при различных установочных УОВТ можно отметить следующее. Минимальное значение ge∑ наблюдается при подаче метанола на установочном УОВТ ΘМ=34º и впрыскивании ДТ при установочном УОВТ...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

В то же время использование альтернативных, экологически более чистых моторных топлив позволит снизить токсичность ОГ дизелей.

На рис. 1 представлено изменение показателей сажесодержания и температуры в цилиндре дизеля и газодизеля с турбонаддувом 4ЧН 11...

Способы улучшения эксплуатационных свойств дизельного...

Ключевые слова: дизельное топлива, обработка, кавитация. В настоящий момент существует множество способов улучшения качества дизельного

Одним из действенных методов совершенствования смесеобразования и интенсификации процесса горения топлива является...

Влияние установочного угла опережения впрыскивания топлива...

Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, природный газ, оксиды азота, объемное

Характеристики снимались для определения и оптимизации эффективных и экологических показателей двигателя, а также показателей горения и характеристик тепловыделения.

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

В работе приводятся результаты влияния применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с двойной системой топливоподачи (ДСТ) в зависимости от различных установочных УОВТ на удельный эффективный расход топлива при n = 1800 мин-1.

Влияние показателей качества автомобильного бензина...

Встатье рассмотрено влияние показателей качества нефтяных топлив, автомобильного бензина и дизельного топлива, на состояние окружающей среды и здоровье человека. Представлены требования современных нормативных документов...

Влияние цетаноповышающих присадок на работу двигателей...

Требования ккачественным показателям дизельного топлива.

В таблице 2 приведены значения цетановых чисел дизельных топлив, которые производятся на ряде нефтеперерабатывающих заводов РФ [3, 4].

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой сгорания при работе.

Объемное содержание и массовая концентрация оксидов азота в отработавших газах дизеля при работе на метаноле и n = 1400 мин-1.

Исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при...

В данной статье рассмотрено исследование эффективных показателей дизеля Д-245.7 при работе на дизельном топливе и природном газе. Ключевые слова:дизель, альтернативное топливо, природный газ, эффективные показатели, максимальный крутящий момент.

Удельный расход топлива дизеля с полусферической камерой...

Рассматривая экономичность дизеля при работе на метаноле с ДСТ при различных установочных УОВТ можно отметить следующее. Минимальное значение ge∑ наблюдается при подаче метанола на установочном УОВТ ΘМ=34º и впрыскивании ДТ при установочном УОВТ...

Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания...

В то же время использование альтернативных, экологически более чистых моторных топлив позволит снизить токсичность ОГ дизелей.

На рис. 1 представлено изменение показателей сажесодержания и температуры в цилиндре дизеля и газодизеля с турбонаддувом 4ЧН 11...

Способы улучшения эксплуатационных свойств дизельного...

Ключевые слова: дизельное топлива, обработка, кавитация. В настоящий момент существует множество способов улучшения качества дизельного

Одним из действенных методов совершенствования смесеобразования и интенсификации процесса горения топлива является...

Влияние установочного угла опережения впрыскивания топлива...

Ключевые слова: дизель, альтернативное топливо, природный газ, оксиды азота, объемное

Характеристики снимались для определения и оптимизации эффективных и экологических показателей двигателя, а также показателей горения и характеристик тепловыделения.

Задать вопрос