Шаблон статьи
Скачать статью в pdf.УДК 621.436.323
DOI: 10.15507/2658-4123.034.202403.424-443
Исследование характеристик впрыскивания и распыливания метанолсодержащего топлива в дизельном двигателе
Лиханов Виталий Анатольевич
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой тепловых двигателей автомобилей и тракторов Вятского ГАТУ (610017, Российская Федерация, г. Киров, Октябрьский пр., 133), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3033-7176, Researcher ID: AGN-7347-2022, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Лопатин Олег Петрович
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры тепловых двигателей автомобилей и тракторов Вятского ГАТУ (610017, Российская Федерация, г. Киров, Октябрьский пр., 133), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0806-6878, Researcher ID: AAD-8374-2019, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Аннотация
Введение. Работа двигателя внутреннего сгорания с современными экологичными и высокоэкономичными характеристиками не представляется возможной без глубоких и доскональных исследований, связанных с применением новых видов топлив. Именно поэтому прогнозирование показателей впрыскивания и распыливания в дизеле, работающем на смесевом спиртосодержащем топливе, оказывающих прямое воздействие на процесс горения и образование токсичных компонентов и, как следствие, экономичность и экологичность, является актуальной научной задачей.
Цель исследования. Разработать теоретическую основу для расчета характеристик впрыскивания и распыливания метанолсодержащего топлива в цилиндры дизельного двигателя, позволяющую оптимизировать его рабочий процесс.
Материалы и методы Рассмотрены характеристики впрыскивания и распыливания спиртосодержащего топлива в дизельном двигателе, переоборудованном для работы на смесевом метанолсодержащем топливе. В качестве базовых материалов и методов были использованы известные зависимости А. С. Лышевского, достаточно достоверно отражающие процессы впрыскивания и распыливания в дизельных двигателях.
Результаты исследования. Углубленные исследования базовых принципов оценки показателей впрыскивания и распыливания штатного топлива позволили адаптировать их для топлив смесевого метанолсодержащего состава и исследовать динамику изменения продолжительности и скорости впрыскивания, значения критерия Вебера, границ между участками развития струи, размера капель и угла распыливания.
Обсуждение и заключение. Разработана теоретическая основа для расчета характеристик пыливания метанолсодержащего топлива, позволяющая оптимизировать работу дизельного двигателя на применяемом смесевом топливе и повышать, как следствие, его экономичность и экологичность. Представленная в числовом выражении информация об изменении границ участков развития струи, величины капель, угла конуса распыливания позволяет достаточно достоверно устанавливать основные параметры распыливания применяемых смесевых метанолсодержащих топлив, определять вектор оптимизации процессов смесеобразования и давать понимание перспективного направления при проектировании геометрии камер сгорания, впускных каналов и т. д.
Ключевые слова: впрыскивание топлива, распыливание топлива, испарение топлива, метанол, дизельный двигатель, метанолсодержащее топливо
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование характеристик впрыскивания и распыливания метанолсодержащего топлива в дизельном двигателе // Инженерные технологии и системы. 2024. Т. 34, № 3. С. 424–443. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202403.424-443
Заявленный вклад авторов:
В. А. Лиханов – научное руководство, анализ и доработка текста.
О. П. Лопатин – формирование структуры статьи, анализ литературных данных, описание методов и способов определения параметров впрыскивания и распыливания, редактирование текста, составление выводов и заключения.
Поступила в редакцию 16.03.2024; поступила после рецензирования 17.05.2024;
принята к публикации 27.05.2024
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Singh G., Wani M. F., Wani M. M. Fuel Energy Saving in SI Engine Using Graphene and Graphite as Nano-Additivesː a Comparative Study // Applied Nanoscience. 2022. Vol. 12, No. 5. P. 1387–1401. https://doi.org/10.1007/s13204-021-02298-1
2. Balchugov A., Babenkov A. Annual Consumption of Fuel and Energy Resources as an Indicator of the Efficiency of Energy Saving Technologies // Modern Technologies and Scientific and Technological Progress. 2022. No. 1. P. 7–8. https://doi.org/10.36629/2686-9896-2022-1-7-8
3. Enhancing the Fuel Saving and Emissions Reduction of Light-Duty Vehicle by a New Design of Air Conditioning Worked by Solar Energy / W. K. Alani [et al.] // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. Vol. 30. Article no. 101798. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.101798
4. Ultrasonic Unit for Reducing the Toxicity of Diesel Vehicle Exhaust Gases / A. Kadyrov [et al.] // Komunikacie. 2022. Vol. 24, No. 3. P. B189–B198. https://doi.org/10.26552/com.c.2022.3.b189-b198
5. Abbas M.S. Comprehensive Analysis of Engine Power, Combustion Parameters, and Emissions of a B30 Biodiesel-Powered IC Engine // CFD Letters. 2022. Vol. 14, No. 7. P. 87–99. https://doi.org/10.37934/cfdl.14.7.8799
6. Biodiesel Fueled Turbocharged Direct-Injection Engine: Influence of Compression Ratio on Engine Performance and Emission Characteristics / S. Chakraborty [et al.] // International Journal of Energy for a Clean Environment. 2022. Vol. 23, Issue 7. P. 119–130. https://doi.org/10.1615/interjenercleanenv.2022039720
7. Barman J., Deshmukh D. Effect of Fuel Reactivity on Engine Performance and Exhaust Gas Emissions in a Diesel Engine // SAE International Journal of Fuels and Lubricants. 2023. Vol. 16, No. 2. P. 155–167. https://doi.org/10.4271/04-16-02-0012
8. Modelling the End-Use Performance of Alternative Fuel Properties in Flex-Fuel Vehicles / Yu. Kroyan [et al.] // Energy Conversion and Management. 2022. Vol. 269. Article no. 116080. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116080
9. Impact of Energy Production Mix on Alternative Fuel Vehicle Adoption in Korea / S. Moon [et al.] // Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2022. Vol. 105. Article no. 103219. https://doi.org/10.1016/j.trd.2022.103219
10. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Применение рапсового масла и этанола в дизельном двигателе // Инженерные технологии и системы. 2022. Т. 32, № 3. С. 373–389. https://doi.org/10.15507/2658-4123.032.202203.373-389
11. Cihat Onat N. How to Compare Sustainability Impacts of Alternative Fuel Vehicles? // Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2022. Vol. 102. Article no. 103129. https://doi.org/10.1016/j.trd.2021.103129
12. An Overview of Polyoxymethylene Dimethyl Ethers as Alternative Fuel for Compression Ignition Engines /J. Liu [et al.] // Fuel. 2022. Vol. 318. Article no. 123582. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123582
13. Review on Exhaust Emissions of CI Engine Using Ethanol as an Alternative Fuel / Ja. A. John [et al.] // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 69. P. 286–290. https://doi.org/10.1016/j.mat-pr.2022.08.536
14. Dolcy K., Townsend T. Challenges to Alternative Fuel Vehicle Usage in Trinidad // West Indian Journal of Engineering. 2022. Vol. 44. No. 2. P. 20–28. https://doi.org/10.47412/yjdc3406
15. Bitire S. O., Jen T. Ch. The Potential of Parsley Biodiesel as an Alternative Fuel in Diesel Engines // Key Engineering Materials. 2022. Vol. 917. P. 258–265. https://doi.org/10.4028/p-3p823o
16. Factors Influencing Alternative Fuel Adoption Decisions in Heavy-Duty Vehicle Fleets / Y. Bae [et al.] Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2022. Vol. 102. Article no. 103150. https://doi.org/10.1016/j.trd.2021.103150
17. Qazi U. Ya. Future of Hydrogen as an Alternative Fuel for Next-Generation Industrial Applications; Challenges and Expected Opportunities // Energies. 2022. Vol. 15, Issue 13. Article no. 4741. https://doi.org/10.3390/en15134741
18. Nabi Md. N., Hussam W. K., Muyeen S. M. Improved Engine Performance and Significantly Reduced Greenhouse Gas Emissions by Fumigating Hydrogen in a Diesel Engine // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.241
19. Maheswari K. L., Kavitha S., Kathiresh M. Introduction to Electric Vehicles and Hybrid Electric Vehicles // EAI/Springer Innovations in Communication and Computing. 2022. P. 1–29. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85424-9_1
20. Cai Sh., Kirtley Ja. L., Lee Ch. H. T. Critical Review of Direct-Drive Electrical Machine Systems for Electric and Hybrid Electric Vehicles // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2022. Vol. 37, Issue 4. P. 2657–2668. https://doi.org/10.1109/tec.2022.3197351
21. A Study of Advanced Efficient Hybrid Electric Vehicles, Electric Propulsion and Energy Source / M. Y. Iqbal [et al.] // Journal of Power and Energy Engineering. 2022. Vol. 10, No. 7. P. 1–12. https://doi.org/10.4236/jpee.2022.107001
22. Analysis of Electric Vehicles with an Economic Perspective for the Future Electric Market / S.S. Reka [et al.] // Future Internet. 2022. Vol. 14, Issue 6. P. 172. https://doi.org/10.3390/fi14060172
23. Numerical Simulation of Methanol Crossover in Flowing Electrolyte-Direct Methanol Fuel Cell / Wu. Yujing [et al.] // Journal of Power Sources. 2022. Vol. 519. Article no. 230801. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230801
24. Review on Technologies for Conversion of Natural Gas to Methanol / N. Salahudeen [et al.] // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022. Vol. 108. Article no. 104845. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2022.104845
25. Potential of Methanol Production from the Photoelectrochemical Reduction of CO2 on rGO-CuO/Cu Composite / R. M. Shah [et al.] // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 57. P. 1123–1126. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.495
26. Direct Conversion of Methane to Methanol on Boron Nitride-Supported Copper Single Atoms / S. Wang [et al.] // Nanoscale. 2022. Issue 14. P. 5447–5453. https://doi.org/10.1039/d1nr08466f
27. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование токсичности дизельного двигателя при работе на различных альтернативных топливах // Двигателестроение. 2023. № 2 (292). С. 54–61. https://doi.org/10.18698/jec.2023.2.54-61
28. Vural E. The use of High Molecular Iso-Amyl Alcohol as an Alternative Fuel for Compression Ignition Engines // Thermal Science. 2022. Vol. 26, Issue 4. Part A. P. 2919–2927. https://doi.org/10.2298/tsci2204919v
29. Сгорание и тепловыделение в цилиндре тракторного дизеля при работе на метаноло-топливной эмульсии / В. А. Лиханов [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 11. С. 14–19. EDN: WYQMWN
30. Лебедев О. Н. Некоторые особенности горения капель водотопливных эмульсий в дизелях // Физика горения и взрыва. 1978. № 2. С. 142–145. URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/c80/c800d3515c77976fb0606f2bd008f778.pdf (дата обращения: 14.02.2024).
31. Опятюк В. В. Каскадный механизм микровзрывов капли водо-топливной эмульсии // Горение и плазмохимия. 2015. Т. 13, № 1. С. 11–15. EDN: XGZVIE
32. Исаков А. Я., Деминов В. И. Физическая модель процессов, предшествующих воспламенению капель водотопливной эмульсии // Физика горения и взрыва. 1986. № 6. С. 15–20. URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/943/943bc506db861aa9367fcc8be7272f61.pdf (дата обращения: 14.02.2024).
33. Простов В. Н., Яковлев А. В., Гладких В. А. Воспламенение водно-топливных эмульсий // Физика горения и взрыва. 1986. № 5. С. 9–14. URL: https://market.sibran.ru/upload/iblock/155/155055a676c5e0454563f41250cc406a.pdf (дата обращения: 14.02.2024).
34. Ануфриев И. С. Исследование процессов горения жидких углеводородов при распылении струей перегретого водяного пара // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11, № 4. С. 158–169. EDN: WDISAO
35. Law C. K., Lee C. H., Srinivasan N. Combustion Characteristics of Water-in-Oil Emulsion Droplets // Combustion and Flame. 1980. Vol. 37. P. 125–143. https://doi.org/10.1016/0010-2180(80)90080-2
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
