madiАвтомобиль. Дорога. Инфраструктура. = Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura.2409-7217МАДИmadi-1185Research Article2.4.7. Турбомашины и поршневые двигателиРасчетные исследования процесса топливоподачи дизельного двигателя при его питании дизельным топливом и биотопливомComputational studies of the fuel supply process of a diesel engine when it is powered by diesel fuel and biofuelsСаБовэньSaBowen

канд. техн. наук

Ph.D.

bowensa@yandex.ruМарковВладимир АнатольевичMarkovVladimir A.

д-р техн. наук, проф.

Dr. Sc., professor

vladimir.markov58@yandex.ruДевянинСергей НиколаевичDevyaninSergey N.

д-р техн. наук, проф.

Dr. Sc., professor

devta@rambler.ruСавастенкоАндрей АлександровичSavastenkoAndrey A.

канд. техн. наук, доц.

Ph.D., associate profe

dozentrudn@mail.ruНормуродовАкбаржон АнваровичNormurodovAkbarjon A.

аспирант

postgraduate

a_nor7@mail.ruCera Turbo (Beijing) Sci & Tech Co., LtdКитайCera Turbo (Beijing) Sci & Tech Co., LtdChinaМГТУ им. Н.Э. БауманаРоссияBMSTURussian FederationРГАУ-МСХА им. К.А. ТимирязеваРоссияFSBEI HE RT SAURussian FederationМАДИРоссияMADIRussian Federation20232703202301(35)1717Copyright © Са Б., Марков В.А., Девянин С.Н., Савастенко А.А., Нормуродов А.А., 20232023Са Б., Марков В.А., Девянин С.Н., Савастенко А.А., Нормуродов А.А.Sa B., Markov V.A., Devyanin S.N., Savastenko A.A., Normurodov A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/1185

Одним из современных направлений достижения требуемых показателей токсичности отработавших газов дизельных двигателей является использование смесевых и эмульгированных биотоплив. В статье рассматриваются возможности использования в качестве топлива рапсового масла, а также эмульсии 70% рапсового масла по объему с 30% этанола. Проведены расчетные исследования течения потока этих топлив в распылителе с использованием программного комплекса Ansys Fluent. Моделировалось стационарное течение потока указанных топлив в распылителе дизельной форсунки типа ФДМ-22 производства Ногинского завода топливной аппаратуры с распылителем Алтайского завода прецизионных изделий. Распылитель имел пять распыливающих отверстий диаметром 0,35 мм. При этом давление на входе в расчетную область составляло 51,5 МПа, а противодавления – 0,1 и 8,9 МПа. Отмечено, что эмульгирование рапсового масла этанолом изменяет свойства топлива и режим кавитации в распылителе форсунки, что существенно влияет на параметры потока в распылителе. При обоих рассматриваемых противодавлениях впрыскиванию наибольшую скорость течения топлива на выходе из распыливающего отверстия имеет нефтяное дизельное топливо, среднюю – эмульсия, а наименьшую – рапсовое масло. При противодавлении 0,1 МПа наибольшая кинетическая энергия турбулентности на выходе из распыливающего отверстия отмечена для рапсового масла, средняя – для эмульсии, а наименьшая – для дизельного топлива. При противодавлении 8,9 МПа кинетическая энергия турбулентности у трех рассматриваемых топлив оказалась соизмеримой, но ее наибольшее значение отмечено для рапсового масла.

One of the modern directions of achieving the required indicators of toxicity of exhaust gases of diesel engines is the use of mixed and emulsified biofuels. The article discusses the possibility of using rapeseed oil as fuel, as well as an emulsion of 70% rapeseed oil by volume with 30% ethanol. Computational studies of the flow of these fuels in the atomizer using the Ansys Fluent software package have been carried out. The stationary flow of the specified fuels into the sprayer of a diesel nozzle of the FDM-22 type manufactured by the Noginsk Fuel Equipment Plant with a sprayer of the Altai Precision Products Plant was simulated. The sprayer had five spraying holes with a diameter of 0.35 mm. At the same time, the pressure at the entrance to the design area was 51.5 MPa, and the back pressures were 0.1 and 8.9 MPa. It is noted that the emulsification of rapeseed oil with ethanol changes the properties of the fuel and the cavitation mode in the nozzle sprayer, which significantly affects the flow parameters in the sprayer. With both considered injection back pressures, the highest fuel flow velocity at the outlet of the spray hole is petroleum diesel fuel, the average is emulsion, and the lowest is rapeseed oil. With a back pressure of 0.1 MPa, the highest kinetic energy of turbulence at the outlet of the spray hole is noted for rapeseed oil, the average is for the emulsion, and the lowest is for diesel fuel. At a back pressure of 8.9 MPa, the kinetic energy of turbulence in the three fuels under consideration turned out to be commensurate, but its greatest value was noted for rapeseed oil.

дизельный двигательнефтяное дизельное топливорапсовое маслоэтиловый спиртdiesel enginepetroleum diesel fuelrapeseed oilethyl alcoholReferencesМельник, Г.В. Возобновляемые источники энергии / Г.В. Мельник // Двигателестроение. – 2007. – № 3. – С. 47-51.Mel’nik G.V. Dvigatelestrojenije, 2007, no 3, pp. 47-51.Мельник, Г.В. Альтернативные топлива (материалы конгресса CIMAC-2016) / Г.В. Мельник // Двигателестроение. – 2019. – № 4. – С. 38–57.Mel’nik G.V. Dvigatelestrojenije, 2019, no 4, pp. 38-57.Моторные топлива, производимые из растительных масел / В.А. Марков [и др.] Под ред. В.А. Маркова. – Рига: Изд-во Lambert Academic Publishing, 2019. – 420 с.Markov V.A., Devyanin S.N., Semenov V.G., Bagrov V.V., Zykov S.A. Motornye topliva, proizvodimye iz rastitel'nyh masel (Motor Fuels Produced from Vegetable Oils), Edited by V.A. Markov. Riga, Lambert Academic Publishing, 2019, 420 p.Пискунов, И.В. Альтернативные виды топлив для устойчивого развития транспортного сектора. Часть 3. Биотопливо / И.В. Пискунов, М.А. Ершов, О.Ф. Глаголева // Транспорт на альтернативном топливе. – 2021. – № 6. – С. 39-46.Piskunov I.V., Ershov M.A., Glagoleva O.F. Transport na al'ternativnom toplive, 2021, no 6, pp. 39-46.Che Mat, S. Performance and Emissions of Straight Vegetable Oils and its Blends as a Fuel in Diesel Engine: A Review / S. Che Mat [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Vol. 82. – P. 808-823.Che Mat S., Idroas M.Y., Hamid M.F. et al. Performance and Emissions of Straight Vegetable Oils and its Blends as a Fuel in Diesel Engine: A Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 82, pp. 808-823.Биотоплива для двигателей внутреннего сгорания / В.А. Марков [и др.]. – М.: НИЦ «Инженер» (Союз НИО), 2016. – 292 с.Markov V.A., Devyanin S.N., Zykov S.A., Gaidar S.M. Biotopliva dlja dvigatelej vnutrennego sgoranija (Biofuels for Internal Combustion Engines), – Moscow, «Ingener» Publishing, 2016, 292 p.Бирюков, В.В. Методы повышения эффективности работы дизеля при использовании этанола в качестве экологической добавки к дизельному топливу: дис. ... канд. тех. наук / В.В. Бирюков. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. – 173 с.Birjukov V.V. Metody povyshenija `effektivnosti raboty dizelja pri ispol'zovanii `etanola v kachestve `ekologicheskoj dobavki k dizel'nomu toplivu (Methods for Improving Diesel Engine Efficiency when Using Ethanol as an Environmental Additive to Diesel Fuel), PhD thesis, Moscow, BMSTU, 2017, 173 p.Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях / В.А. Марков [и др.]. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 360 с.Markov V.A., Devyanin S.N., Malchuk V.I. Vpryskivanie i raspylivanie topliva v dizeljah (Fuel Injection and Atomization in Diesel Engines), Moscow, BMSTU Publishing, 2007, 360 p.Совершенствование процессов распыливания топлива и смесеобразования при работе дизеля на смесевых биотопливах / В.А. Марков [и др.] // Двигателестроение. – 2021. – № 1. – С. 3-12.Markov V.A., Kuleshov A.S., Neverov V.A. et al. Dvigatelestrojenije, 2021, no 1, pp. 3-12.Плотников, С.А. Расчет характеристик впрыскивания при работе дизеля на активированном топливе / С.А. Плотников, П.Я. Кантор, М.В. Мотовилова // Двигателестроение. – 2020. – № 2. – С. 19-23.Plotnikov S.A., Kantor P.Ya., Motovilova M.V. Dvigatelestrojenije, 2020, no 2, pp. 19-23.Markov, V.A. Investigation of the Influence of Different Vegetable Oils as a Component of Blended Biofuel on Performance and Emission Characteristics of a Diesel Engine for Agricultural Machinery and Commercial Vehicles / V.A. Markov, V.G. Kamaltdinov, S.N. Devyanin [et al.] // Resources. – 2021. – Vol. 10. – Issue 8. – Art. no 74. – P. 1-23.Markov V., Kamaltdinov V., Devyanin S.N. et al. Investigation of the Influence of Different Vegetable Oils as a Component of Blended Biofuel on Performance and Emission Characteristics of a Diesel Engine for Agricultural Machinery and Commercial Vehicles, Resources, 2021, vol. 10, issue 8, art. no 74, pp. 1-23.Са, Бовэнь. Улучшение эксплуатационно-технических показателей дизеля совершенствованием процесса топливоподачи и свойств топлива: дис. ... канд. тех. наук / Бовэнь Са. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. – 139 с.Sa Bowen. Uluchshenie `ekspluatatsionno-tehnicheskih pokazatelej dizelja sovershenstvovaniem protsessa toplivopodachi i svojstv topliva (Improving the Operational and Technical Performance of Diesel Engine by Improving the Fuel Supply Process and Fuel Properties), PhD thesis, Moscow, BMSTU, 2021, 139 p.Schnerr, G.H. Physical and Numerical Modeling of Unsteady Cavitation Dynamics / G.H. Schnerr, J. Sauer // Conference: ICMF-2001, 4th International Conference on Multiphase Flow, New Orleans. – 2001. – P. 1-12.Schnerr G.H., Sauer J. Physical and Numerical Modeling of Unsteady Cavitation Dynamics, Conference: ICMF-2001, 4th International Conference on Multiphase Flow, New Orleans, 2001, pp. 1-12.Schiller, L. A Grag Coefficient Correlation / L. Schiller, Z. Naumann // Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure. – 1935. – Jg. 77. – S. 318-323.Schiller L. Naumann Z. A Grag Coefficient Correlation, Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure, 1935, jg. 77, ss. 318-323.Goldberg U., Peroomian O., Chakravarthy S. A Wall-Distance-Free k-ε Model With Enhanced Near-Wall Treatment // Journal of Fluids Engineering. – Vol. 120. – № 3. – P. 457-462.Goldberg U., Peroomian O., Chakravarthy S. A Wall-Distance-Free k-ε Model With Enhanced Near-Wall Treatment, Journal of Fluids Engineering, vol. 120, no 3, pp. 457-462.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.