CC BY
59
УДК 621.436
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ В УСЛОВИЯХ ДВС
П. Вальехо, С.В. Гусаков, А. Прияндака
Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
Статья посвящена расчетно-экспериментальному методу определения кинетических констант воспламенения, приведен пример их расчета для топлива растительного происхождения - рапсового масла.
Известно, что для характеристики склонности топлива к самовоспламенению используется показатель цетанового числа, от которого зависит длительность периода задержки воспламенения.
На период задержки воспламенения в дизеле существенно влияют такие внешние факторы, как температура и давление в цилиндре, зависящие от нагрузочного и скоростного режима, атмосферные условия и условия теплообмена, состав смеси, качество распыливания топлива, а также скорость предпламенных реакций. Вследствие этого для определения периода задержки воспламенения важно проводить эксперименты в сопоставимых условиях при контроле над внешними параметрами.
Xi, пс
Дизельное топливо о-
Рис. 1. Схема оптического датчика: / - фотодиод; 2,5,7 - втулка; 3 - винт;
4 - световод; 6 - прокладка;
8 - уплотнение; 9 - кварцевое стекло; 10- корпус
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 £
Рис. 2. Зависимость периода задержки воспламенения от степени сжатия е, полученная на установке ИДТ-69
Для проведения таких опытов представляется целесообразным использовать установку ИДТ-69, предназначенную для оценки воспламеняемости дизельных топлив методом совпадения вспышек и обладающую всеми необходимыми компонентами для стабилизации внешних условий. Для увеличения точности и надежности системы измерения периода задержки воспламенения на установке ИДТ-69 была применена разработанная авторами оптическая система регистрации момента начала самовоспламенения, конструкция датчика которой приведена на рис.1. В датчике используется кварцевое стекло, имеющее низкий коэффициент расширения, за счет чего оно выдерживает высокую температуру, способствующую самоочищению его поверхности от нагара.
При работе установки ИДТ-69 на рапсовом масле (РМ) потребовалась перерегулировка топливного насоса высокого давления (ТНВД) для того, чтобы получить одинаковое количество энергии при сгорания топлива с меньшей теплотворной способностью, так как теплота сгорания РМ ниже, чем теплота сгорания дизельного топлива (ДТ).
Для определения периода задержки воспламенения на установке ИДТ-69 необходимо
было модернизировать систему измерения. Для этого датчик мембранного типа заменен системой регистрации продолжительности времени между началом подачи топлива и моментом вспышки. При этом момент вспышки регистрируется оптическим методом по продолжительности времени между моментом начала подачи топлива и моментом начала вспышки. Предложенный метод определения периода задержки воспламенения на установке ИДТ-69 позволил увеличить точность эксперимента.
Результаты измерения периода задержки воспламенения для ДТ и РМ при <9впр = 13 °ПКВ до ВМТ, но при разных степенях сжатия представлены на рис. 2.
Результаты измерения периода задержки воспламенения для ДТ и РМ при е =18, но при разных углах опережения впрыскивания представлены на рис. 3.
Для нахождения значений кинетических констант по данным эксперимента было использовано полученное О.М. Тодесом приближенное решение дифференцального уравнения саморазогрева при тепловом взрыве
Е
Т; = с- Р
-(я-1) .оКТ
- - , О)
где: Г- температура, К, Р- давление, МПа; К = 8,33 кДж/(кмоль-ЛГ) - газовая постоянная; ц-период задержки воспламенения, мс; п - порядок реакции; с- постоянный множитель; Е-условная энергия активации, МДж/кмоль.
При определении ц важно правильно выбрать постоянные коэффициенты, входящие в уравнении (1). Однако публикуемые значения констант Е, п, с в различных источниках [1,2] весьма часто не содержат сведений ни о применяемых методах измерения или расчета, ни об условиях, в которых проводились опыты. Данное обстоятельство может привести к ошибке в расчетах и далее - к противоречивым выводам. Значения констант Е, п, с для рапсового масла до настоящего времени в литературе не приводились, что затрудняет моделирование рабочего процесса дизеля, работающего на выбранном биологическом топливе.
Для определения значения Е, п, с для ДТ и РМ в уравнение (1) подставляются значения для трех различных углов опережения впрыскивания при постоянной степени сжатия е =18. В результате решения системы трех уравнений с тремя неизвестными получаются уравнения для определения Е, п, с:
А-\п — -В-\п —
п -1 + -
Я
А
1п —— (я — 1) • 1п Г/3 Ръ
ВЛ пА Рз
(3)
■А- 1п&
Рг
,где
А=—
1 1
В=
Т Т
1\ 2з
г, 7;
с — тп • Рг
(«-!)
Е
"й-Г,
(2)
(4)
Период задержки воспламенения был получен экспериментальным путем непосредственно на установке ИДТ-69. Текущее давление, которое соответствует статическому углу начала впрыскивания топлива, определялось непосредственно в развернутой диаграмме (рис. 4), полученной при индицировании процессов сжатия и расширения в цилиндре установки ИДТ-69 при разных степенях сжатия равных 14, 16, 18.
Текущая температура в цилиндре установки в момент начала впрыскивания топлива определялась следующим образом:
Т = Т„
(к-о
(5)
где: Га = 343 - температура всасываемого воздуха, К', к - коэффициент политропы сжатия; К= К + К', V - текущий объем, определяемый с учетом кинематики движения поршня в установке ИДТ-69, л.
Коэффициент политропы сжатия определяется по формуле:
Jfc = ln
a J
/ (V \
/in r a
/ [v)
где Р0 = 0,103 - атмосферное давление, МПа; Р& = 0,95 Р0 - начальное давление, МПа; Р - текущее давление, МПа.
Рис. 3. Зависимость периода задержки воспламенения от угла опережения впрыскивания на установке ИДТ-69
РсДю 6
(6)
п=900 мин1 /> a*=i8 / 2-1=16 "\VL.t=14
/Л/
ВИТ
40 Гмд.ЛКВ
Рис. 4. Индицирование характера изменения давления на такте сжатия и расширения на установке ИДТ-69
На основе этой методики были полученные результаты, представленные в следующей таблице.
Таблица
Топливо £ Zj, MC P, МПа Г,°К E, МДж/кмоль n с
ДТ ¡8 16 0,560 2,67 718,14 12,25 1,519 0,1201
18 21 0,740 2,07 669,53
18 26 1,020 1,58 618,63
PM 18 16 0,705 2,67 718,14 13,67 1,402 0,1064
18 21 0,920 2,07 669,53
18 26 1,255 1,58 618,63
Полученные изложенным расчетно-экспериментальным методом кинетические константы были использованы авторами при моделировании процесса в малоразмерном высокооборотном дизеле МД-6 при его работе на дизельном топливе и рапсовом масле.
ч
ЛИТЕРАТУРА
1. Воинов А.Н. Процессе сгорания в быстроходных поршневых двигателях. - М.: Машиностроение, 1965. - 210 с.
2. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. М.: Машиностроение, 1962. - 288 с.
UDC 621.436
VEGETABLE FUEL INFLAMMATION KINETIC CONSTANTS EXPERIMENTAL DEFINITION IN ICE CONDITIONS
P. Vallejo, S.V. Gusakov, A. Priyandaka
Departament of Internal Combustion Engiens Miklukho-Maklaya st., 6, 117198, Moscow, Russia Russian Peoples’ Friendship University/?u«/a
The article is dedicated to calculating and experimental method of inflammation kinetic constants definition. The example of vegetable oil origin-raps oil calculation is given.
