Расчетные исследования процесса топливоподачи дизельного двигателя при его питании дизельным топливом и биотопливом

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.

1. Мельник, Г.В. Возобновляемые источники энергии / Г.В. Мельник // Двигателестроение. – 2007. – № 3. – С. 47-51.

2. Мельник, Г.В. Альтернативные топлива (материалы конгресса CIMAC-2016) / Г.В. Мельник // Двигателестроение. – 2019. – № 4. – С. 38–57.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Биотоплива для двигателей внутреннего сгорания / В.А. Марков [и др.]. – М.: НИЦ «Инженер» (Союз НИО), 2016. – 292 с.

7. 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.

8. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях / В.А. Марков [и др.]. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 360 с.

9. Совершенствование процессов распыливания топлива и смесеобразования при работе дизеля на смесевых биотопливах / В.А. Марков [и др.] // Двигателестроение. – 2021. – № 1. – С. 3-12.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Schiller, L. A Grag Coefficient Correlation / L. Schiller, Z. Naumann // Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure. – 1935. – Jg. 77. – S. 318-323.

15. 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.