Улучшение экологических и эффективных показателей дизеля совершенствованием процесса распыливания нефтяного и альтернативных топлив тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат наук Неверов Всеволод Анатольевич

• Неверов Всеволод Анатольевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Неверов Всеволод Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СРЕДСТВА И МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНОГО И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

1.1 Показатели топливной экономичности и токсичности отработавших газов современных дизелей

1.2 Процессы и модели впрыскивания и распыливания топлива в дизелях

1.3 Альтернативные топлива и процессы их распыливания

1.4 Цель работы и задачи исследования

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОПЛИВОПОДАЧИ НЕФТЯНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И РАПСОВОГО МАСЛА. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ ТОПЛИВОПОДАЧИ И РАСПЫЛИВАНИЯ ТОПЛИВА

2.1 Особенности процессов топливоподачи и распыливания топлива в дизеле при его работе на нефтяном дизельном топливе и рапсовом масле

2.2 Методика расчета процесса топливоподачи дизеля при его работе на нефтяном дизельном топливе и рапсовом масле

2.3 Расчетное исследование процесса топливоподачи дизеля при его работе на нефтяном дизельном топливе и рапсовом масле

2.4 Анализ взаимосвязи процессов топливоподачи и распыливания топлива и

факторы, влияющие на эти процессы

Основные результаты и выводы по второй главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСПЫЛИВАНИЯ НЕФТЯНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И РАПСОВОГО МАСЛА

3.1 Методики определения показателей качества распыливания топлива дизельными форсунками. Критерий качества распыливания топлива

3.2 Расчетные исследования процессов топливоподачи и распыливания дизельного топлива и рапсового масла в условиях реальной работы дизеля

Основные результаты и выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В КАЧЕСТВЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДОБАВОК К НЕФТЯНОМУ

ДИЗЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ

4.1 Производство и области применения углеродных нанотрубок

4.2 Экспериментальные исследования дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавкой подсолнечного масла и углеродных нанотрубок

4.3 Расчетные исследования процесса распыливания топлива дизеля, работающего на смесевом биотопливе с добавкой углеродных нанотрубок

Основные результаты и выводы по четвертой главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВМТ - верхняя мертвая точка;

ДВС - двигатели внутреннего сгорания;

ДГУ - дизель-генераторная установка;

ДТ - дизельное топливо;

КПД - коэффициент полезного действия;

КС - камера сгорания;

ОГ - отработавшие газы;

ПЗВ, Тг, фг- - период задержки воспламенения;

ПК - программный комплекс;

п.к.в. - поворот коленчатого вала двигателя;

РМ, ПМ, СМ - рапсовое, подсолнечное и соевое масла;

ТНВД - топливный насос высокого давления;

ТЧ - твердые частицы;

УНТ - углеродные нанотрубки;

УОВТ, 0 - угол опережения впрыскивания топлива;

ЦЧ, БСЫ - цетановое число, расчетное цетановое число;

га, Ш x, ^ Кх, О2, СО2, - оксиды азота, монооксид углерода (угарный газ), углеводороды, сажа, дымность ОГ, кислород, диоксид углерода (углекислый газ);

Ссш, Сш, Сж^, СcO2, Сш, - объемные концентрации в ОГ углеводородов, монооксида углерода, оксидов азота, кислорода, диоксида углерода; СУНТ - массовая концентрация УНТ в смесевом топливе; Сж.к. пр., СFA. s - массовая концентрация предельных жирных кислот в растительном масле;

Сж.к. ол., СС18:1 - массовая концентрация олеиновой жирной кислоты в растительном масле;

Д 5 - диаметр и ход поршня;

¿и, ^и - диаметр и ход иглы форсунки;

dпл, Ьпл - диаметр и ход плунжера ТНВД;

¿р, /р - диаметр и длина распыливающего отверстия;

¿к, ¿к ср - диаметр капель распыливаемого топлива, средний диаметр капель; (¿р/Л)тах, (ф/^Оср - максимальная и средняя скорости сгорания топлива; Е, £турб - энергия активации топлива, кинетическая энергия турбулентности потока топлива;

^топл, ^возд, ge - часовой расход топлива, часовой расход воздуха, удельный эффективный расход топлива;

/д , /р - число цилиндров, число распыливающих отверстий форсунки; Ь, В - длина и ширина струи распыливаемого топлива; п, Ые - частота вращения коленчатого вала двигателя и его эффективная мощность;

рг-, ре - среднее индикаторное давление, среднее эффективное давление; рфо - давление начала подъема иглы форсунки;

рвх, рвых, рц - давление на входе в расчетную область, давление на выходе из расчетной области, давление в цилиндре;

Рф тах, Рвпр - максимальное давление впрыскивания; Твосп - температура воспламенения топлива в закрытом тигле; а - коэффициент избытка воздуха; в - угол раскрытия струи распыливаемого топлива; Ф - угол поворота коленчатого вала; Фуовт, $уовт - угол начала впрыскивания; Фсгор, $сгор - угол начала сгорания; Пе - эффективный КПД дизеля; ^р/р - эффективная площадь распылителя в сборе; - коэффициент расхода распыливающего отверстия.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Улучшение экологических и эффективных показателей дизеля совершенствованием процесса распыливания нефтяного и альтернативных топлив»

ВВЕДЕНИЕ

Экологические и экономические показатели на текущий этап развития дви-гателестроения остаются наиболее важными факторами. По этим показателям определенные преимущества имеют дизельные двигатели с воспламенением рабочей смеси от теплоты сжатия. Это обусловлено тем, что эти двигатели имеют более высокие степени сжатия по сравнению с бензиновыми двигателями и работают при больших значениях коэффициента избытка воздуха. В связи с этим дизельные двигатели отличаются от бензиновых двигателей лучшей топливной экономичностью и, как правило, меньшей токсичностью отработавших газов. Кроме того, дизельные двигатели работают на относительно дешевом нефтяном дизельном топливе, менее чувствительны к качеству применяемого топлива, хорошо адаптируются к работе на различных альтернативных топливах.

Вместе с тем, дизельные двигатели не лишены проблем и требуют постоянного решения различных проблем, связанных, в основном, с экологическими и эффективными показателями. Данные проблемы возникают по мере глубокого изучения различных процессов в дизелях, например процессов распыливания топлива и смесеобразования. До настоящего времени эти процессы недостаточно изучены, что вызвано их многофакторностью и скоротечностью, сложностью экспериментального определения показателей распыливания топлива. В первую очередь это относится к определению параметров потока топлива на выходе из распыливающих отверстий форсунки, показателей дисперсности (мелкости) распыливания топлива и однородности распыливания.

Большое влияние на характер протекания этих процессов оказывают свойства применяемого топлива. При использовании только нефтяных дизельных топлив не всегда удается обеспечить необходимые значения показателей процессов распыливания топлива и смесеобразования. В результате снижаются показатели топливной экономичности и токсичности отработавших газов. Применение альтернативных топлив позволяет решить часть этих проблем.

Среди альтернативных топлив, применяемых в дизельных двигателях, наиболее привлекательными считаются биотоплива, вырабатываемые из растительных масел. Экологические и эффективные показатели дизельных двигателей улучшаются при добавлении в нефтяное дизельное топливо углеродных нано-трубок. Это вызвано тем, что даже их небольшая добавка значительно изменяет некоторые свойства нефтяных топлив. В частности, наличие углеродных нано-трубок в дизельном топливе приводит к ускорению процессов тепло- и массооб-мена, повышению реакционной активности топлива, что позволяет улучшать качество процессов распыливания топлива и смесеобразования. В свою очередь, эти процессы оказывают определяющее влияние на экологические и эффективные показатели дизеля.

Диссертационная работа посвящена проблемам улучшения экологических и эффективных показателей дизеля. Улучшение показателей осуществляется путем совершенствования процесса распыливания нефтяного и альтернативных топлив. В диссертации разработана методика расчета параметров течения топлива в распылителе форсунки с использованием ПК Ansys Fluent, позволяющая оценить параметры потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки. Проведено расчетное исследование параметров течения топлива в распылителе форсунки при его работе на нефтяном дизельном топливе и рапсовом масле с использованием разработанной методики. Проведен анализ параметров, характеризующих взаимосвязь процессов топливоподачи и распыливания топлива, и критериев качества процесса распыливания топлива. Выбран критерий, характеризующий кинетическую энергию турбулентности потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки и вязкость распыливаемого топлива. Определены количественные характеристики взаимосвязи показателей мелкости распыливания и угла раскрытия конуса струи топлива с кинетической энергии турбулентности потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки и с выбранным критерием качества распыливания топлива. Проведены расчетные исследований процессов топливоподачи и распыливания

дизельного топлива и рапсового масла в условиях реальной работы дизеля. Проведены экспериментальные исследования дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавкой подсолнечного масла и углеродных нанотрубок. Проведены расчетные исследования процесса распыливания топлива дизеля, работающего на смесевом биотопливе с добавкой углеродных нанотрубок.

Актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью удовлетворения возрастающих требований к экологическим и эффективным показателям дизелей. Данные показатели в значительной мере зависят от качества процессов распыливания топлива и смесеобразования, которые определяются параметрами потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки. При этом значительное влияние на качество распыливания топлива оказывается степень турбулизации на выходе из распыливающего отверстия потока топлива. Оценка этой турбулизации может быть проведена по кинетической энергии турбулентности потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки и вязкости распыливаемого топлива. Улучшение показателей качества процесса распыливания топлива и последующих процессов смесеобразования и сгорания может быть достигнуто при использовании экологических добавок к нефтяному дизельному топливу. В качестве таких добавок рассматриваются растительные масла, в частности подсолнечное масло, и углеродные нанотрубки. Содержащиеся в молекулах подсолнечного масла атомы кислорода благоприятно влияют на процесс сгорания топлива. Добавка углеродных нанотрубок в жидкое моторное топливо способствует ускорению процессов тепло- и массообмена, повышению реакционной активности смесевого топлива, что позволяет улучшать качество процессов распыливания топлива и смесеобразования и сгорания, сократить период задержки воспламенения и длительность процесса сгорания. Использование указанных добавок к нефтяному дизельному топливу в сочетании с совершенствованием процессов распыливания топлива и смесеобразования позволит достичь требуемых экологических и эффективных показателей дизелей.

Цель работы: достижение требуемых экологических и эффективных показателей дизеля путем совершенствования процесса распыливания нефтяного и альтернативных топлив.

Объект исследования. Транспортные и стационарные дизели типов Д-245 и Д-243.

Предмет исследования. Экологические и эффективные показатели дизелей.

Методы исследований. Для достижения сформулированной цели исследования используются теоретические и экспериментальные методы. Теоретические методы необходимы для проведения расчетные исследования параметров течения топлива в распылителе форсунки и определения параметров потока топлива на выходе из распыливающих отверстий. Также теоретическими методами проведены расчетные исследования процесса распыливания топлива дизеля, работающего на смесевом биотопливе с добавкой углеродных нанотрубок. Определены количественные характеристики взаимосвязи показателей качества рас-пыливания топлива с кинетической энергии турбулентности потока топлива на выходе из распыливающего отверстий форсунки и с вязкостью топлива с использованием методов корреляционного анализа. В экспериментальной части работы показатели дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавками подсолнечного масла и углеродных нанотрубок, определены при испытаниях на моторном стенде.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана методика расчета параметров течения топлива в распылителе форсунки с использованием ПК Ansys Fluent, позволяющая оценить параметры потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки;

- предложен критерий E/v0'5, характеризующий кинетическую энергию турбулентности E потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки и вязкость v распыливаемого топлива;

- определены количественные характеристики взаимосвязи показателей мелкости распыливания и угла раскрытия конуса струи топлива с кинетической энергией турбулентности потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки и с предложенным критерием Е/у0'5;

- расчетным и экспериментальным путем доказана возможность улучшения показателей качества процесса распыливания топлива, экологических и эффективных показателей дизеля при добавлении к нефтяному дизельному топливу подсолнечного масла и углеродных нанотрубок.

Достоверность и обоснованность научных положений определяются:

- применением современных программных комплексов для расчета показателей потока топлива в проточной части распылителей форсунок и использованием общепринятых методов корреляционного анализа;

- сопоставлением полученных расчетных параметров с данными проведенных автором экспериментальных исследований, а также с опубликованными экспериментальными данными.

Практическая ценность состоит в том, что:

- разработанная методика определения параметров потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки позволяет оценить эффективность мероприятий, направленных на турбулизацию струй распыливаемого топлива;

- предложенный критерий Е/у0'5, характеризующий кинетическую энергию турбулентности потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки и вязкость распыливаемого топлива, позволяет оценить показатели мелкости распыливания топлива и угол раскрытия конуса струи топлива без проведения трудоемких экспериментальных исследований;

- проведенные экспериментальные исследования дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавками подсолнечного масла и углеродных нано-трубок, подтвердили возможность улучшения экологических и эффективных показателей дизеля при использовании исследуемых смесевых топлив.

Реализация результатов работы. Работа проводилась в соответствии с планами госбюджетных и хоздоговорных работ кафедры «Комбинированные двигатели и альтернативные энергоустановки» (Э-2) МГТУ им. Н.Э. Баумана и отдела ЭМ 2.1 НИИ энергетического машиностроения (НИИЭМ) МГТУ им. Н.Э. Баумана. Результаты исследований внедрены в «ППП Дизельавтоматика» (г. Саратов) и в ЗАО «Форант-Сервис» (г. Ногинск). Положения, выносимые на защиту:

- методика расчета параметров течения топлива в распылителе форсунки с использованием ПК Ansys Fluent, позволяющая оценить параметры потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки;

- результаты расчетных исследований параметров потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки;

- выбор кинетической энергии турбулентности и критерия E/v0'5, характеризующих турбулентность струй распыливаемого топлива;

- количественные характеристики взаимосвязи показателей мелкости распыли-вания и угла раскрытия конуса струи топлива с кинетической энергией турбулентности потока топлива на выходе из распыливающего отверстия форсунки и с предложенным критерием E/v0'5;

- результаты испытаний дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавками подсолнечного масла и углеродных нанотрубок;

- результаты расчетных исследований процесса распыливания топлива дизеля, работающего на смесевом биотопливе с добавкой углеродных нанотрубок.

Личный вклад соискателя. Основные результаты диссертационной работы, методы и модели, выносимые на защиту, получены автором самостоятельно в ходе теоретических разработок и экспериментальных исследований. Апробация работы:

Основные положения и результаты диссертации обсуждались:

- на заседании кафедры «Комбинированные двигатели и альтернативные энергоустановки» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2022 г.);

- на Международной научно-технической конференции «Двигатель-2018», посвященной 150-летию факультета «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2018 г.);

- на международной научно-технической конференции «8-е Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» (Москва, МАДИ (ГТУ), 2019 г.);

- на международной научно-технической конференции «9-е Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» (Москва, МАДИ (ГТУ), 2021 г.);

- на заседаниях Всероссийской научно-технической конференции (ВНТК) им. проф. В.И. Крутова по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок при кафедре «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2018-2022 г.г.);

- на Международной конференции «The II International Theoretical and Practical Conference on Alternative and Smart Energy» TPCASE-2020 (Воронеж, 2020 г.);

- на Международной конференции «Scientific and Technical Findings of the Arctic Exploration 2020: Present and Future» ARCTIC-2020 (С.-Петербург, 2020 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных статьи, в том числе 8 статей в журналах, рецензируемых ВАК РФ [13, 39, 41, 43, 71, 89, 90, 105], и 4 статьи, рецензируемые международными системами цитирования Web of Science и Scopus [148, 159, 160, 185], а также 13 материалов конференций [3, 38, 42, 44, 73, 74, 81, 94, 95, 96, 116, 148, 159].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 158 страниц, включая 136 страниц основного текста, содержащего 54 рисунка и 30 таблиц. Список литературы включает 191 источник информации на 20 страницах. Приложение на двух страницах включает документы о внедрении результатов работы.

ГЛАВА 1 СРЕДСТВА И МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНОГО И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

1.1 Показатели топливной экономичности и токсичности отработавших газов современных дизелей

Работа дизелей транспортного и сельскохозяйственного назначения оценивается комплексом эксплуатационно-технических показателей [75, 21, 22]. Топ-ливно-экономические показатели выделяются из них как наиболее важные. Сокращение мировых запасов природных ресурсов, соответственно и рост цен на энергоносители, а также рост выбросов в атмосферу парниковых газов, современные тенденции декарбонизации мировой экономики [15, 30] обуславливают необходимость снижения расхода топлива.

Общепринятыми показателями топливной экономичности дизелей являются удельный эффективный расход топлива на режимах внешней скоростной характеристики (ВСХ) - на режимах максимальной мощности и максимального крутящего момента. На Рисунке 1. 1 приведены данные по удельному эффективному расходу на режимах ВСХ ряда дизелей. Следует отметить, что лучшие высокооборотные зарубежные дизели рассматриваемого типа имеют минимальный расход топлива 190-192 г/(кВтч). При этом дизели отечественного производства - 210-230 г/(кВтч) [15]. Обычно эти значения соответствуют режиму максимального крутящего момента. При этом удельный эффективный расход топлива & на рассматриваемом режиме определяется по известной зависимости [75]:

де = Ю00Ст /Ые, (1)

где От - часовой расход топлива [кг/ч]; Ые - его эффективная мощность [кВт].

ge, гДкВт-ч) 240

220

200

1000 1400 1800 2200 n, мин"1

Рисунок 1.1 - Зависимости удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения на режимах ВСХ ряда дизелей: 1 - 6076 Н (6 ЧН 11,6/12,1) фирмы John Deere (США); 2 - 6 BTA (6 ЧН 10,2/12) фирмы Cummins (США); 3 - N 14-460 E (6 ЧН 14/15,2) фирмы Cummins (США); 4 - TL 11 (6 ЧН 12,7/14,6) фирмы Leyland (Великобритания); 5 - КамАЗ-7406 (8 ЧН 12/12); 6 - СМД-31 (6 ЧН 12/14); 7 - Д-120 (2 Ч 10,5/12); 8 -

Д-245 (4 ЧН 11/12,5)

Особенность работы дизелей транспортного и сельскохозяйственного назначения, в отличие от дизель-генераторов, заключается в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Известно, что на показатели топливной экономичности дизелей влияет вид нагрузки. Так, на режиме ВСХ характеристика удельного расхода топлива минимальна, в отличие от режимов с неполной нагрузкой, где наблюдается повышение расхода. Поэтому снижение расхода топлива на режимах ВСХ еще не гарантирует его минимального расхода при работе в реальных условиях эксплуатации.

Для более полной оценки топливной экономичности характеристика удельного расхода топлива на ВСХ недостаточна. В связи с этим проводят оценку по

интегральному расходу топлива на эксплуатационных режимах ge ср, определяемому по формуле [76]:

9е ср = Y!¡=1(Gmi • Ki)/YÜ=1(Nei • К) (2)

где GT i - часовой расход топлива на i-том режиме [г/ч]; Ne i - его эффективная мощность на этом режиме [кВт]; K - весовой коэффициент i-того режима (доля времени каждого режима в процентах от общего времени эксплуатации), определяемый в абсолютных долях.

Топливную экономичность дизеля можно оценить и с использованием его эффективного КПД определяемого выражением [75]:

щ = 3600/{Ни • де), (3)

где HU - низшая теплота сгорания топлива [МДж/кг]. Этот показатель топливной экономичности применяется, в первую очередь, для двигателей, работающих на альтернативных топливах, имеющих теплоту сгорания (H), отличную от теплоты сгорания нефтяного дизельного топлива (ДТ). С учетом выражений (2) и (3) этот показатель может быть использован и для оценки топливной экономичности дизеля, работающего на альтернативном топливе на различных эксплуатационных режимах. При этом интегральный (средний) эффективный КПД дизеля на эксплуатационных режимах ne ср определяется в виде [76]:

^е ср = 3600/(Ни-деср)• (4)

Следует отметить, что проблема улучшения показателей топливной экономичности тесно связана с проблемой снижения выброса в атмосферу парниковых газов, в первую очередь - углекислого газа СО2. Правила .№101 ЕЭК ООН регламентируют эти показатели [76]. В частности, для автомобилей с полной массой не более 3,5 тонн уровень выбросов СО2 с ОГ не должен превышать 135 г/км при испытаниях транспортного средства по ездовому циклу NEDC. Аналогом этих правил является ГОСТ Р 41.101-99. В соответствии с современными тенденциями США ввели ряд ограничений и на выбросы парниковых газов. Агентство по защите окружающей среды (ЕРА) разработало соответствующие стандарты, которые гармонизированы со стандартами CAFE на топливную экономичность.

Согласно им, ограничиваются предельно допустимые выбросы парниковых газов с ОГ автотранспортных средств.

Разработчики стандартов CAFE оценивают повышение уровня топливной экономичности на 36% за период 2017-2025 годов. Или по сравнению с 2011 годом - в 1,7 раза. Стандарты CAFE представляют собой хорошо и глубоко проработанную систему требований, дифференцированную по классам автомобилей. Европейские требования также относятся к транспортным средствам массой до 3,5 т. Для сопоставления европейских требований и стандартов США все данные были приведены к испытательному циклу, используемому в стандарте CAFE. Результаты такого сопоставления приведены на Рисунке 1.2,а (требования к топливной экономичности) и Рисунке 1.2,6 (требования к выбросу парниковых газов). Анализируя данные рисунков, можно заметить, что жесткость стандартов США значительно меньше жесткости, принятой на территории Европейского Союза [48].

а б

Рисунок 1.2 - Изменение американских (1) и европейских (2) требований к топливной экономичности (а) и выбросам парниковых газов (б) двигателей легковых автомобилей, приведенных к испытательному циклу CAFE

Таким образом, для достижения действующих в США норм на выбросы парниковых газов, выброс СО2 с ОГ дизеля легкового автомобиля должен быть не более 200 г/км. Европейские нормы более жесткие - не более 135 г/км. Чтобы достигнуть эти показатели, расходы топлива должны составлять соответственно 7,4 и 5,3 литров на 100 км. В недалекой перспективе ожидается, что нормой станут 90 г/км. Это потребует снижения расхода топлива до 3,4 литров на 100 км [79].

В настоящее время важнейшими показателями дизелей транспортного и сельскохозяйственного назначения является эмиссия отработавших газов [30, 53, 69]. Это обусловлено повышением требований, предъявляемых к ДВС современными нормативными документами на токсичность ОГ. Помимо этого, наблюдается ухудшение экологической обстановки в крупных мегаполисах.

Отработавшие газы дизелей представляют собой многокомпонентную смесь, содержащую продукты полного и неполного сгорания топлива, неиспользованный при сгорании топлива кислород, азот и продукты его окисления, газообразные продукты окисления серы. Известно, что при полном сгорании топлива в результате реакции окисления происходит образование диоксид углерода и воды. При неполном сгорании, в свою очередь, образуются дополнительно монооксид углерода, газообразные углеводороды, альдегиды, сажа.

Всего ОГ дизелей сгорания содержат около 250 компонентов, часть из которых нетоксичны. Токсичность ОГ дизелей определяется 0,1-1% объема ОГ. В Таблице 1 приведен усредненный состав ОГ, из которой можно сделать вывод, что на долю пяти токсичных компонентов приходится до 95% от общей массы. Нормируемыми компонентами являются оксиды азота NOx, монооксид углерода СО, легкие углеводороды СНХ и сажа или твердые частицы [15, 69].

Действующие нормативные документы нормируют для дизельных двигателей уровень выбросов оксидов азота N0^ монооксида углерода СО, легких не-сгоревших углеводородов СНх, сажи (углерод С) или твердых частиц (ТЧ) [30, 69, 82]. К ненормируемым токсичным компонентам ОГ относятся оксиды серы,

альдегиды, фенолы и их производные, кетоны и др. Токсикологическая значимость указанных токсичных веществ различна. В частности, по данным работ [69, 129] токсикологическая значимость СО, NOx, СНХ, твердых частиц и оксидов серы SOx оценивается как отношение 1 / 41,1 / 3,16 / 200 / 22. Таким образом, основными показателями токсичности ОГ являются выбросы с ОГ оксидов азота и твердых частиц. Эмиссия твердых частиц косвенно характеризуются показателями дымности ОГ.

Таблица 1 - Усредненный состав ОГ отечественных дизелей

Концентрация в Токсичные компоненты ОГ дизелей на ре-

Компонент ОГ ОГ на различных жиме полной нагрузки

режимах Концентрация, г/м3 Удельный выброс, г/(кВт-ч)

Азот N2 74-78% - -

Кислород О2 2-18% - -

Водяной пар Н2О 0,5-9,0% 15-100 -

Диоксид углерода СО2 1-12% 40-240 -

Оксиды азота NОх 0,004-0,5% 1-8 10-30

Монооксид углерода СО 0,005-0,4% 0,25-2,5 1,5-12,0

Углеводороды СНх 0,009-0,3% 0,25-2,0 1,5-8,0

Бенз(а)пирен С20Н12 0,05-1,0 мкг/м3 (0,2-0,5)-10-6 (1-2)-10-6

Сажа С 0,01-1,1 г/м3 0,05-0,5 0,25-2,0

Диоксид серы Б02 0,0018-0,02% 0,1-0,5 0,4-2,5

Триоксид серы Б0э (0,4-6)-10-4% - -

Альдегиды ^СИО, 0,002% 1,0-10,0 -

в том числе:

формальдегид НСН0 (1-19)-10-4% - -

акролеин СН2СИСИО (1-1,3)-10-4% 0,001-0,04 0,06-0,2

Примечание: «-» - показатель не приведен

При оценке показателей токсичности ОГ дизелей используют два принципиально различных метода испытаний. ДВС транспортных средств (ТС) небольшой грузоподъемности испытываются на переходных режимах, в отличие от ДВС средней и большой грузоподъемности, которые испытываются на установившихся режимах при постоянстве параметров двигателя. Различные ездовые

циклы, принятые в тех или иных странах, имитируют движение ТС в реальных условиях эксплуатации. В частности, двигатели серийных автомобилей полной массой более 3,5 тонн до недавнего времени испытывались на режимах 13-режимного испытательного цикла ЕСЕ R49 Правил 49 ЕЭК ООН. На Рисунке 1.3 показаны основные режимы этого цикла [15, 69]. В частности, показаны режимы максимального крутящего момента (№6) и максимальной мощности (№8). Также приведена доля работы на соответствующих режимах.

Рисунок 1.3 - Стационарный европейский 13-режимный цикл, используемый для оценки токсичности ОГ дизелей автомобилей с полной массой более 3,5 т; п - число оборотов вала двигателя; Ме -

крутящий момент на его валу

При оценке токсичности ОГ дизеля, работающего на режимах упомянутого цикла, для каждого режима рассчитываются часовые массовые выбросы токсичных компонентов ОГ. В соответствии с ОСТ 23.1.440-76 определение массовых

выбросов оксидов азота NOx и углеводородов СНХ проводится в пересчете, соответственно, на диоксид азота N02 (с плотностью рж>2=2,054 кг/м3) и пропан СзИ (с плотностью рс3И8=2,019 кг/м3) [69]. При расчете массовых выбросов монооксида углерода СО его плотность принимается равной рсо=1,250 кг/м3. С учетом указанных плотностей и расхода ОГ дизеля Gог для каждого режима испытательного цикла проводится расчет часовых массовых выбросов токсичных компонентов ОГ (£коХ, ECo, ECИx, Eтч) по их известным объемным концентрациям (СыоХ, ССо, ^ш, Стч) и определяется эффективная мощность дизеля Ne.

Для получения значений удельных выбросов производится сначала суммирование полученных значений выбросов на каждом режиме с учетом соответствующих весовых коэффициентов ^, отражающих долю времени каждого режима. Затем производится деление на условную среднюю мощность дизеля за испытательный цикл [69, 76]:

_ £¡=1 £N0x1^1 _ 11^=31ЕС0 УК1

етх = ЦЗгНегКг ' ес0 ~ ЦЗгНегЬ'

Т,1=31ЕСНхУК1 Е1=31ЕТЧ УК1

6(СНХ Ц^тК , 6ТЧ ПЗгМе

Рассчитанные по выражениям (5) значения удельных выбросов токсичных компонентов ОГ сравниваются с предельно допустимыми нормами выбросов токсичных компонентов ОГ, указанных в Таблице 2.

Таблица 2 - Требования европейских стандартов к выбросам вредных веществ с ОГ дизелей грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности

Год Нормативный документ Удельные выбросы вредных веществ, г/(кВтч)

NOx CO CHx ТЧ

2005 Euro IV 3,5 1,5 0,46 0,02

2009 Euro V 2,0 1,5 0,46 0,02

2016 Euro VI 0,4 1,5 0,13 0,01

Выбросы твердых частиц косвенно возможно определить показателями дым-ности ОГ (содержанием в них сажи - углерода С). Для определения дымности

ОГ используется различная измерительная аппаратура. В зависимости от применяемой аппаратуры дымность ОГ может выражаться в различных единицах, соотношения между которыми показаны в Таблице 3 [15].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Неверов Всеволод Анатольевич, 2022 год

- - 'О

0 2,5 5,0 7,5 Срм, %

Рисунок 3.5 - Зависимость удельного эффективного расхода топлива ge, эффективного КПД дизеля це, концентрации влажных оксидов азота в ОГ Сыох, эмиссии дыма по шкале Хартриджа Кх от объемной концентрации РМ в смесевом биотопливе СРМ

Основные результаты и выводы по третьей главе

1. При анализе процесса распыливания топлива в камере сгорания дизеля в качестве показателей качества этого процесса рассмотрены средние диаметры капель и угол раскрытия струй распыливаемого топлива. Отмечено, что эти показатели в значительной степени зависят от кинетической энергии турбулентности потока топлива на выходе из распыливающих отверстий форсунки и вязкости распыливаемого топлива.

2. Предложен критерий Е/у0'5, отражающий взаимосвязь показателей распы-ливания топлива с кинетической энергии турбулентности потока топлива на

выходе из распыливающих отверстий форсунки Е и вязкостью распыливаемого топлива V.

3. Определена взаимосвязь показателей мелкости распыливания топлива -среднего арифметического <10, среднего объемного <30, среднего диаметра капель по Заутеру <32, среднего медианного диаметра капель <м распыливаемого топлива и угла раскрытия конуса струй в с кинетической энергии турбулентности потока топлива на выходе из распыливающих отверстий форсунки Е и критерием Е^0'5.

4. Проведенный корреляционный анализ подтвердил наличие тесной взаимосвязи исследуемых показателей распыливания топлива с критерием Е^0'5 -полученные коэффициенты корреляции исследованных зависимостей изменяются в диапазоне от 0,9886 до 0,9968, что свидетельствует о тесной взаимосвязи указанных параметров.

5. Проведены расчетные исследования процессов топливоподачи и распы-ливания дизельного топлива и рапсового масла в условиях реальной работы дизеля типа Д-245 использованием программного комплекса ДИЗЕЛЬ-РК.

6. Расчеты показали, что при переводе дизеля с нефтяного ДТ на РМ средний диаметр капель по Заутеру возрос от 24,3 до 39,4 мкм, длина струи на момент окончания впрыскивания увеличилась от 41,9 до 48,4 мм, угол раскрытия конуса струи уменьшился от 20,8 до 15,8 град. При этом доля топлива в ядре струи возросла от 5,8 до 23,1%, доля топлива в оболочке струи снизилась от 77,1 до 34,9%, доля топлива в оболочке пристеночного потока увеличилась от 17,1 до 42,0%.

7. Отмечено значительное влияние параметров, характеризующих качество распыливания топлива, на показатели топливной экономичности и токсичности отработавших газов исследуемого дизеля.

8. Уменьшение диаметра капель распыливаемого топлива и сокращение длины его струй сопровождается снижением удельного эффективного расхода топлива и некоторым увеличением содержания оксидов азота в ОГ.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В КАЧЕСТВЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДОБАВОК К НЕФТЯНОМУ ДИЗЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ

4.1 Производство и области применения углеродных нанотрубок

Как отмечено в разделе 1.3 диссертации углеродные нанотрубки находят все большее применение в различных областях техники и технологий. Большая адсорбционная поверхность нанотрубок и их каталитические свойства позволяют рассматривать УНТ как эффективные усиливающие и функциональные наполнители композитов, катализаторы и носители катализаторов, сорбенты, аккумуляторы водорода для топливных систем двигателей внутреннего сгорания нового поколения и т.д. Материалы различной конфигурации успешно используются в резинотехнической, лакокрасочной, электротехнической и атомной промышленности. С использованием УНТ изготавливают жаропрочные покрытия и химическую аппаратуру. Высокая совместимость углерода с тканями живого организма обуславливает применение УНТ в медицине [90, 100, 177].

В связи с возможностью применения УНТ в различных областях техники и технологий с достижением значительных положительных эффектов объемы производства этих наноструктур непрерывно увеличиваются. Лидерами на рынке углеродных нанотрубок являются США (Carbon Nanotechnologies, Hyperion Catalysis, Ebay, NanoLab, CarboLex, MER, Tailored Materials Corp., SweNT), Канада (Raymor Industries Inc.), Франция (Nanoledge, CNRI, Arkema), Англия (Thomas Swan, Dynamics Lab.), Германия (Bayer), Бельгия (Nanocyl S.A.), Норвегия (n-TEC), Греция (Nanothinx), Кипр (Rossetter Holdings Ltd.), Япония (Mitsui and Co.), Китай (Shenzen Nanotech Port Co.). Среди российских компаний, занимающихся производством УНТ, можно выделить компания OCSial (г. Новосибирск), «НТЦ

«ГраНаТ» (г. Москва), ООО «Галлуазит-Урал» (г. Южноуральск), ОАО «Тамбовский завод «Комсомолец» им. Н.С. Артемова» и ООО «НаноТехЦентр» (г. Тамбов) [90, 100].

В проведенных исследованиях использовались УНТ, компании Timesnano. Эта китайская компания Timesnano - ООО Чэнду Органическая Химия Академии наук Китая (Timesnano, Chengdu Organic Chemicals Co.Ltd., Chinese Academy of Sciences) производит УНТ путем химического парофазного осаждения (CVD Chemical vapor deposition) [100]. Свойства УНТ этой компании приведены в Таблице 23. Далее рассмотрена возможность использования УНТ типа TNIM1 в качестве экологичной присадки к нефтяному ДТ. В Таблице 24 представлены свойства этих УНТ, а на Рисунке 4.1 - их фотография [100].

Таблица 23 - Углеродные нанотрубки, производимые компанией Timesnano

Тип Название Цена, долларов США за 1 кг Периферийный диаметр, нм Длина, мкм Степень чистоты, %

TNIM1 Многостенные углеродные нанотрубки промышленного назначения (Industrial Grade Multi-walled Carbon Nanotubes) 166 (при заказе от 1 до 10 кг); 83 (при заказе от 10 до 100 кг) 5-15 10-30 более 95

TNIM16 Многостенные углеродные нанотрубки промышленного назначения 166 (при заказе от 1 до 10 кг); 66 (при заказе от 10 до 100 кг) 5-10 20-40 более 95

TNIM190F Многостенные углеродные нанотрубки промышленного назначения 1000 (при заказе от 0,5 до 1 кг); 700 (при заказе более 1 кг) 5-11 10-20 более 95

TNM0 Многостенные углеродные нанотрубки высокой чистоты 5000 (при заказе менее 50 г); 3500 (при заказе от 50 до 500 г) 4-6 11-20 более 98

продолжение Таблицы 23

Тип Название Цена, долларов США за 1 кг Периферийный диаметр, нм Длина, мкм Степень чистоты, %

TNSM0 Короткие многостенные углеродные нано-трубки высокой чистоты 10000 (при заказе менее 50 г); 8500 (при заказе от 50 до 500 г) 4-6 0,5-2 более 98

TNIS Одностенные углеродные нанотрубки промышленного назначения 25000 (при заказе менее 50 г); 20000 (при заказе от 50 до 500 г) 1-2 5-30 60

TNS Короткие одностенные углеродные нанотрубки высокой чистоты 65000 (при заказе менее 50 г); 58000 (при заказе от 50 до 500 г) 1-3 5-30 90

TNST Одностенные углеродные нанотрубки высокой чистоты 85000 менее 2 6-30 95

Таблица 24 - Физические свойства углеродных нанотрубок типа TNIM1

Свойства Размерность Значение Метод определения

Периферийный диаметр Нм 5-15 HRTEM, Raman

Степень чистоты wt% >95% TGA & TEM

Длина Мкм 10-30 TEM

Удельная поверхность м2/г 220-300 BET

Зольность wt% <3% TGA

Плотность утряски г/см3 0,094

Примечание: периферийный диаметр - outer diameter; плотность утряски - taped density

Рисунок 4.1 - Фотография УНТ типа TNIM1 компании Timesnano, полученная с использованием растрового электронного микроскопа

4.2 Экспериментальные исследования дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавкой подсолнечного масла и

углеродных нанотрубок

В диссертации исследована возможность использования углеродных нанотрубок, производимых китайской компанией Timesnano - ООО Чэнду Органическая Химия Академии наук Китая, в качестве присадки к смесевому биотопливу. Углеродные нанотрубки этой компании типа TNIM1 имели периферийный диаметр, равный 5-15 нм, длину - 10-30 мкм, степень чистоты более 95%, удельную поверхность 220-300 м2/г, зольность - менее 3% (см. Таблицу 24). В работе [100] отмечены такие важные свойства УНТ, как большая адсорбционная поверхность, выраженные каталитические свойства, высокий коэффициент диффузии.

Для оценки параметров и характеристик дизеля, работающего на смесях ДТ, ПМ и УНТ, проведены исследования на экспериментальном стенде. При создании этого стенда использована серийно выпускаемая на Минском моторном

заводе (ММЗ) дизель-генераторная установка (ДГУ), вырабатывающая переменный электрический ток. Его основным элементом являлся дизель без наддува типа Д-243 (4 Ч 11/12,5) производства ОАО «УКХ «ММЗ» (Беларусь). В состав ДГУ входил также электрический генератор переменного тока типа ЕСО-ЕСР производства фирмы ШЫЛ (Италия). При испытаниях вырабатываемая электрогенератором электроэнергия потреблялась тремя тепловентиляторами, максимальная мощность каждого из которых составляет 12 кВт.

Общий вид дизеля типа Д-243 представлен на Рисунке 4.2,а. общий вид генератора типа ЕСО-ЕСР показан на Рисунке 4.2,6. Исследуемый дизель без наддува типа Д-243 имел номинальную мощность N¡=36 кВт при частоте вращения коленчатого вала «=1500 мин-1. Некоторые параметры дизеля приведены в табл. 25. Геометрия камеры сгорания этого дизеля аналогична КС дизеля типа Д-245 (см. Рисунок 2.4). Некоторые физико-химические свойства ДТ и ПМ, а также их смеси указанного состава представлены в Таблице 26 [76].

а б

Рисунок 4.2 - Общие виды дизеля типа Д-243 (а) и генератора типа

ЕСО-ЕСР (б)

Таблица 25 - Конструктивные и эксплуатационные параметры дизеля типа Д-243

Параметры Значение

Тип двигателя Четырехтактный, рядный, дизельный

Число цилиндров 4

Диаметр цилиндра Б, мм 110

Ход поршня 5, мм 125

Общий рабочий объем ¡Ун, л 4,32

Степень сжатия 8 16,0

Тип камеры сгорания (КС), способ смесеобразования КС типа ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный институт), объемно-пленочное смесеобразование

Номинальная частота вращения п, мин-1 1500

Номинальная мощность Ne, кВт 36

Система питания Разделенного типа

Топливный насос высокого давления (ТНВД) Рядный типа PP4M10U1f фирмы Motorpal с центробежным регулятором

Диаметр плунжеров ТНВД йпл, мм 10

Ход плунжеров ТНВД Нпл, мм 10

Длина нагнетательных топливопроводов Ьт, мм 540

Форсунки Типа ФДМ-22 производства ОАО «Куроап-паратура» (г. Вильнюс)

Распылители форсунок Фирмы Motorpal типа DOP 119S534 с пятью распыливающими отверстиями диаметром ^р=0,34 мм и проходным сечением Mf,=0,250 мм2

Давление начала впрыскивания форсунок рфо, МПа 21,5

При испытаниях использовались смесь 90% (по объему) нефтяного ДТ марки

«Л» по ГОСТ 305-2013 и 10% ПМ.

Некоторые физико-химические свойства ДТ и ПМ, а также их смеси указанного состава представлены в Таблице 26 [76].

Таблица 26 - Физико-химические свойства исследуемых топлив

Свойства Топлива

ДТ ПМ Смесь 90% ДТ и 10% ПМ

Плотность при 20 оС, кг/м3 830 923 839,3

Вязкость кинематическая, мм2/с при:

20 оС 3,8 72,0 6,0

40 оС 2,4 31,0 -

100 оС 1,0 8,0 -

Коэффициент поверхностного натяжения при 20 оС, 27,1 33,0 -

мН/м

Теплота сгорания низшая, кДж/кг 42500 37000 41900

Цетановое число 45 33 -

Температура самовоспламенения, оС 250 320 -

Температура помутнения, оС -25 -7 -

Температура застывания, оС -35 -18 -

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топ- 14,3 12,4 14,1

лива, кг

Содержание, % по массе:

С 87,0 77,6 86,1

Н 12,6 11,5 12,5

О 0,4 10,9 1,4

Общее содержание серы, % по массе 0,20 0,002 0,18

Коксуемость 10 %-ного остатка, % по массе 0,2 0,5 -

Примечание: «-» - свойства не определялись; ДТ - дизельное топливо; ПМ - подсолнечное масло; для смеси ДТ и ПМ указано объемное процентное содержание компонентов

При испытаниях в исследуемую смесь ДТ и ПМ добавлялись углеродные нанотрубки типа ТММ1 компании Timesnano. Концентрация УНТ в нефтяном ДТ составляла от 0 (чистое ДТ) до 500 мг/л.

Стоит отметить стоимость данной добавки. При заказе от 10 до 100 кг стоимость этих УНТ на рынке составляла 83 доллара США за 1 кг. При курсе доллара 70 рублей за доллар 1 кг цена этих УНТ равна 5810 рублей. При добавлении в 1 литр ДТ 500 мг нанотрубок цена такой добавки составила примерно 3 рубля.

В связи с плохой смешиваемостью смесевого биотоплива с углеродными нанотрубками был использован специальный прибор - ультразвуковая ванна типа УЗВ-10/150-ТН (производство Российской электротехнической компании) на базе пьезокерамических излучателей. Основное предназначение - ультразвуковая очистка от нагара, жировых и механических загрязнений деталей различной конфигурации из стали, цветных металлов и неметаллических материалов. Оборудование показано на Рисунке 4.3. После смешивания смесевого биотоплива с УНТ образуется однородная стойкая смесь темно-коричневого цвета (Рисунок 4.4).

Рисунок 4.3 - Ультразвуковая ванна, использованная для приготовления

испытываемых смесей с УНТ

а б

Рисунок 4.4 - Исходная смесь нефтяного ДТ и ПМ (а) и указанного биотоплива с УНТ с содержанием последних 250 мг/л, приготовленной в

ультразвуковой ванне (б)

Исследуемые углеродные нанотрубки имеют длину до 30 мкм. Эти значения сопоставимы с размерами частиц, которые задерживают фильтры тонкой очистки топливной системы исследуемого дизеля. В связи с этим при испытаниях фильтры грубой и тонкой очистки были отключены.

На моторном стенде дизель Д-243 исследован на режимах предельной регу-ляторной характеристики, формируемой регулятором при частоте вращения коленчатого вала п = 1500 мин-1, которые являются штатными режимами ДГУ, вырабатывающей переменный электрический ток. Этот ток удовлетворял требованиям, предъявляемым к току промышленных сетей. Статизм регуляторной характеристики 5 дизеля был равен 5 = 7 %. При испытаниях статический угол опережения впрыскивания топлива был равен 0 = 13 ° поворота коленчатого вала до

верхней мертвой точки. В связи с тем, что добавки УНТ в нефтяное ДТ не превышала 500 мг/л, что составляет менее одного процента по массе исследуемой смеси ДТ и ПМ, было принято, что теплотворная способность смесевого топлива неизменна и равна #ц=41,9 МДж/кг (см. Таблицу 26).

При испытаниях измерялись параметры дизеля и показатели дымности и токсичности его ОГ. Для этого использовались следующие приборы:

- дымомер «Инфракар Д1.01» ООО «Западприбор», г. Москва (Рисунок 4.5, а) для изменения дымности ОГ;

- газоанализатор «Инфракар 5М-3.01» ООО «Западприбор», г. Москва (Рисунок 4.5,6) для измерения концентрации в ОГ токсичных компонентов.

Диапазоны измерений параметров двигателя и точность измерения каждого параметра приведены в Таблице 27.

Рисунок 4.5 - Общие виды дымомера «Инфракар Д1.01» (а) и газового анализатора «Инфракар 5М-3.01» (б)

Таблица 27 - Диапазоны измерений параметров дизеля типа Д-243 и точность их измерения

Измеряемый Параметр Диапазон измерения Точность измерения Относительная погрешность измерения

Частота вращения 0-2500 мин-1 ±2,5 мин-1 ±0,1%

Мощность 0-40 кВт ±0,4 кВт ±1%

Расход топлива 0-12 кг/ч ±0,05 кг/ч ±0,4%

Расход воздуха 0-250 кг/ч ±2,5 кг/ч ±1%

Концентрация в ОГ:

Кислород О2 0-21 % (об.) ±0,1% (об.) в диапазоне 0-3,3% (об.) ±3% (об.) в диапазоне 3,3-21% (об.) ±3% в диапазоне 0-3,3% (об.) ±14% в диапазоне 3,3-21% (об.)

Диоксид углерода СО2 0-16 % (об.) ±0,5 % (об.) в диапазоне 0-12,5% (об.) ±4% в диапазоне 0-12,5% (об.)

Оксиды азота NOx 0-4000 ррт ±100 ррт в диапазоне 0-1000 ррт ±10 ррт в диапазоне 1000-4000 ррт ±10% в диапазоне 0-1000 ррт ±0,25% в диапазоне 1000-4000 ррт

Монооксид углерода СО 0-5 % (об.) ±0,03 % (об.) в диапазоне 0-1% (об.) ±3% в диапазоне 0-1% (об.)

Легкие углеводороды СНх 0-2000 ррт ±10 ррт в диапазоне 0-200 ррт ±5% в диапазоне 0-200 ррт

Дымность ОГ Кх 0-100 % (Харт-ридж) ±1% (Хартридж) во всем диапазоне ±1% во всем диапазоне

Результаты испытаний приведены в Таблицах 28 и 29. Максимальная мощность дизеля Д-243 составляла около N.=36 кВт. Испытания также проведены на режимах с нагрузками N,=24, 12 и 0 кВт (холостой ход). С использованием полученных экспериментальных данных определены коэффициент избытка воздуха а и удельный эффективный расхода топлива gе по формулам [20, 21]:

_ ^возд _ ^топл

а = 1С , ы ,

'■о итопл " е

где Стоил и Свозд - часовые расходы топлива и воздуха, кг/ч; 1о - количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг воздуха/кг топлива (для

исследуемой смеси ДТ и ПМ 1о =14,1, см. Таблицу 26); Ые - эффективная мощность двигателя, кВт.

При испытаниях дизеля на смесях ДТ, ПМ и УНТ поддерживалось постоянство скоростного и нагрузочного режимов. Номинальный режим работы (режим максимальной мощности) соответствовал частоте вращения коленчатого вала «=1480 мин-1 и мощности дизеля N¿=36,6 кВт.

Таблица 28 - Частота вращения вала двигателя п, эффективная мощность Ne, часовые расходы топлива От, воздуха Gвозд, коэффициент избытка воздуха а, удель-

ный эффективный расход топлива ge, дымность ОГ КХ дизеля Д-243

Работа на жидком моторном топливе (смесь 90% нефтяного ДТ и 10% ПМ)

№ режимов п, мин-1 кВт Gт, кг/ч С"возд, кг/ч а gе, г/(кВчч) Кх, % (Хартридж)

1 1480 36,6 10,59 218 1,46 289,3 12,9

2 1510 23,6 7,21 221 2,17 305,5 4,5

3 1540 12,3 4,90 224 3,24 398,4 2,8

4 1590 0 2,71 231 6,05 - 1,4

Работа на жидком моторном топливе с добавкой 125 мг/л нанотрубок

1 1480 36,6 10,56 217 1,46 288,5 11,5

2 1510 23,6 7,17 221 2,19 303,8 4,3

3 1540 12,3 4,85 224 3,28 394,3 2,3

4 1590 0 2,66 231 6,16 - 1,2

Работа на жидком моторном топливе с добавкой 250 мг/л нанотрубок

1 1480 36,6 10,53 217 1,46 287,7 10,2

2 1510 23,6 7,13 220 2,19 302,1 3,8

3 1540 12,3 4,79 223 3,30 389,4 1,9

4 1590 0 2,60 230 6,27 - 1,1

Работа на жидком моторном топливе с добавкой 500 мг/л нанотрубок

1 1480 36,6 10,51 216 1,46 287,2 9,0

2 1510 23,6 7,10 219 2,19 300,8 3,2

3 1540 12,3 4,74 223 3,34 385,4 1,6

4 1590 0 2,55 230 6,40 - 1,0

Таблица 29 - Частота вращения вала двигателя п, эффективная мощность Ые, объемные концентрации кислорода Со2, диоксида углерода Ссо2, оксидов азота Сж>х,

монооксида углерода Ссо, углеводородов Сснх в ОГ дизеля Д-243

Работа на жидком моторном топливе (смесь 90% нефтяного ДТ и 10% ПМ)

№ режимов п, мин-1 Ые, кВт С02, % Ссо2, % Сыох, ррт Ссо, % Сснх, ррт

1 1480 36,6 7,70 9,65 1626 0,016 9

2 1510 23,6 12,55 5,90 1203 0,017 10

3 1540 12,3 15,60 3,50 585 0,018 11

4 1590 0 18,46 1,92 179 0,018 12

Работа на жидком моторном топливе с добавкой 125 мг/л нанотрубок

1 1480 36,6 7,71 9,61 1605 0,016 9

2 1510 23,6 12,60 5,84 1185 0,017 10

3 1540 12,3 15,61 3,43 579 0,017 10

4 1590 0 18,47 1,89 177 0,017 11

Работа на жидком моторном топливе с добавкой 250 мг/л нанотрубок

1 1480 36,6 7,72 9,58 1580 0,016 8

2 1510 23,6 12,62 5,79 1169 0,016 9

3 1540 12,3 15,62 3,38 572 0,017 10

4 1590 0 18,48 1,86 175 0,017 11

Работа на жидком моторном топливе с добавкой 500 мг/л нанотрубок

1 1480 36,6 7,73 9,55 1552 0,015 8

2 1510 23,6 12,63 5,75 1151 0,015 8

3 1540 12,3 15,62 3,33 564 0,016 9

4 1590 0 18,48 1,84 174 0,016 9

Примечание: указано объемное процентное содержание компонентов в ОГ;

ррт - миллионные объемные доли Сшх, Ссо, Сснх.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили влияние количества добавляемых в жидкое моторное топливо углеродных нанотрубок на показатели топливной экономичности и токсичности ОГ. Но это влияние на различные показатели неодинаково. На режиме с полной нагрузкой наличие углеродных нанотрубок в жидком моторном топливе отказывает слабое влияние на удельный эффективный расход топлива рассматриваемого дизеля. Однако на режимах с частичной нагрузкой это влияние становится более заметным. Отмечено, что по мере увеличения концентрации УНТ в топливе их влияние на

удельный эффективный расход топлива увеличивается. При нагрузке 12,3; 23,6 и 36,6 кВт и использовании смеси 90% ДТ и 10% ПМ без добавления УНТ удельный эффективный расход топлива составил 398,4; 305,5 и 289,3 г/(кВт-ч), а при использовании смесевого топлива, содержащего 500 мг/л УНТ - соответственно 385,4; 300,8 и 287,2 г/(кВт-ч). Таким образом, добавление в жидкое моторное топливо 500 мг/л нанотрубок позволило снизить удельный эффективный расход на 0,7% на режиме с полной нагрузкой N =36,6 кВт), на 1,5% на режиме с N =23,6 кВт, на 3,3% на режиме с N =12,3 кВт. Этот эффект объясняется тем, что используемые нанотрубки повышают реакционную способность топлива, и их наличие приводит к сокращению периода задержки воспламенения. Кроме того, УНТ имеют высокую теплопроводность, что снижает неравномерность температурных полей в камере сгорания. Поэтому за счет комбинации этих двух эффектов повышается эффективность сгорания топлива.

Добавка УНТ в нефтяное ДТ и смесь 90% ДТ и 10% ПМ приводит к ускорению процессов тепло- и массообмена, повышению реакционной активности этих топлив, что позволяет улучшить качество процессов смесеобразования и сгорания, сократить период задержки воспламенения и длительность процесса сгорания. В свою очередь, повышение качества процесса сгорания топлива позволяет улучшить экологические показатели дизеля.

Полученные экспериментальные данные подтверждают улучшение показателей токсичности ОГ дизеля при добавке углеродных нанотрубок в жидкое моторное топливо. Наибольшее влияние добавка УНТ оказывает на дымность ОГ. На режиме с максимальной нагрузкой увеличение содержания УНТ в смесевом биотопливе от 0 до 500 мг/л приводит к уменьшению дымности ОГ от 12,9 до 9,0 % по шкале Хартриджа, то есть на 30%. Такое снижение дымности ОГ объясняется тем, что УНТ имеют высокой коэффициент диффузии и большое отношение их активной поверхности к объему. В связи с этим, наличие нанотрубок в нефтяном ДТ позволяет ускорить процессы смесеобразования и сгорания топлива,

сократить период задержки воспламенения и продолжительность сгорания, что благоприятно сказывается на дымности ОГ.

Необходимо также отметить тенденцию снижения эмиссии оксидов азота при добавлении УНТ в жидкое моторное топливо. Наибольшее снижение содержания оксидов азота в ОГ Ошх с 1626 до 1552 ррт (на 4,6 %) отмечено при росте содержания УНТ жидком моторном топливе от 0 до 500 мг/л на номинальном режиме, характеризуемом наивысшими температурами сгорания и наибольшей эмиссией N0 При таком увеличении содержания УНТ в жидком моторном топливе на режиме холостого хода концентрация оксидов азота в ОГ Сшх снизилась со 179 до 174 ррт (на 2,8 %). Это объясняется тем, что такая добавка УНТ в жидкое моторное топливо увеличивает теплопроводность топлива, повышает его це-тановое число, сокращает период задержки воспламенения. В результате отмечается снижение температуры сгорания и сокращение его длительности, что приводит к уменьшению эмиссии КОх.

В тоже время, экспериментальные данные свидетельствуют о том, что добавка углеродных нанотрубок к жидкому моторному топливу сравнительно слабо влияет на содержание в ОГ монооксида углерода Ссо и легких несгорев-ших углеводородов Сснх. При испытаниях отмечена тенденция снижения содержания в ОГ монооксида углерода СсО. В целом по мере увеличения нагрузки работы двигателя выброс монооксида углерода снижается. Это обусловлено повышенной скоростью реакции окисления монооксида углерода при увеличении температуры сгорания, которая повышается с увеличением количества впрыскиваемого топлива.

Выбросы легких несгоревших углеводородов с ОГ исследуемого дизеля слабо зависят от содержания углеродных нанотрубок. При этом следует отметить очень низкий выброс этого токсичного компонента с ОГ исследуемого дизеля, составляющий 8-12 ррт.

В заключение необходимо отметить хорошую корреляцию полученных результатов экспериментальных исследований с упомянутыми выше экспериментальными данными других авторов.

4.3 Расчетные исследования процесса распыливания топлива дизеля, работающего на смесевом биотопливе с добавкой углеродных нано-

трубок

Как отмечено выше, недостаточно изученными остаются вопросы влияния состава смесей ДТ, ПМ и УНТ на показатели процессов распыливания топлива и смесеобразования. Для оценки характеристик распыливания этих смесей проведено моделирование процесса распыливания нефтяного ДТ, смеси 90% ДТ с 10% ПМ (по объему) и этой смеси с добавкой УТН, равной 1000 мг/л. При этом исследовано впрыскивание упомянутых топлив в камеру постоянного объема (КПО) с использованием программного комплекса (ПК) Converge CFD.

При моделировании процесса распыливания топлива с испарением применен подход Эйлера-Лагранжа. Первичный распад моделируется с помощью модели KH-ACT с учетом динамической стабильности поверхности струи и эффектов турбулентности и кавитации потока топлива на выходе распыливающего отверстия [184]. Для описания процесса вторичного распада струи использована модель RT [166]. Переход от модели KH-ACT к модели RT определяется длиной распада струи, которая является функцией отношения плотности топлива к плотности воздуха и диаметра распыливающего отверстия. Столкновение и объединение капель описано численной схемой No Time Counter [179]. Скорость испарения капели топлива описывается скоростью изменения радиуса капели rd, которая определяется с помощью корреляции Frossling [132]:

drd _ ampgDBmShd dt (2 rdpl) '

где t - время; am - коэффициент масштабирования для массопереноса; pg и pi -плотность окружающего газа и жидкого топлива; D - коэффициент массопереноса паров топлива в окружающем газе; Bm - число Сполдинга (Spalding); Shd -число Шервуда (Sherwood). Температура внутри капли описывается дифференциальным уравнением

дГ_ /д2Г 2 \

\ ад /

где cpl - удельная теплоемкость жидкого топлива, кДж/(кгК); Xl - его теплопроводность, Вт/(м- К); R - радиальное расстояние до центра капли, мкм. При отсутствии лучистого теплообмена теплота, поступающая в каплю, определяется выражением

Cneat " Ph- 7^=rJ + где eh - коэффициент масштабирования для теплопередачи; Nud - число Нус-сельта; Tg - температура окружающего газа, К; L - скрытая теплота испарения топлива, кДж/кг. В данной работе значения am и для нефтяного ДТ и смеси 90% ДТ и 10% ПМ приняты равным единице, а значения am и для смесей этих топлив с УНТ приняты равными 1,081 и 1,159. Эти значения определены на основе экспериментальных данных по испарению топлива типа Jet-A с УНТ [130]. Для обеспечения размера ячейки в зоне распыливания, равного 250 мкм (рекомендовано в работе [181]), использованы адаптивное измельчение расчетной сетки и метод фиксированной вставки.

Впрыскивание исследуемых топлив в камеру постоянного объема (КПО) осуществлялось форсункой типа ФДМ-22 с распылителем АЗПИ, которыми оснащен дизель типа Д-243. Необходимые для моделирования процесса распы-ливания параметры потока топлива на выходе из распыливающего отверстия были получены при моделировании течения потока топлива в проточной части распылителя при характерных для номинального режима работы дизеля Д-243

среднего давления впрыска рвпр ср=30 МПа и противодавлении (давлении газов в цилиндре) рц= 3,6 МПа.

На Таблице 30 приведены расчетные значения параметров потока ДТ и смеси 90% ДТ и 10% ПМ на выходе из распыливающего отверстия. При моделировании распыливания указанных топлив эти данные используются в качестве граничных условий. При этом с учетом симметричности геометрии распылителя моделирование выполнено лишь для одной из пяти струей. Температура газов в КПО задана 890 К, которая соответствует температуре рабочей смеси в цилиндре во время впрыскивания при работе дизеля Д-243 на номинальном режиме.

Таблица 30 - Параметры потока топлива на выходе распыливающего отверстия

Топливо Массовой расход топлива через одно отверстие, г/с Кинетическая энергия турбулентности, м2/с2 Скорость диссипации турбулентности, м2/с3 Коэффициент сокращения площади

Нефтяное ДТ 11,05 1132 474371100 0,919

Смесь 90% ДТ и 10% ПМ 11,06 1119 459627400 0,922

Добавление в нефтяное ДТ растительного масла (ПМ) и УНТ изменяет свойства такого смесевого топлива, в том числе теплофизические свойства, отказывающие определяющее влияние на процессы распыливания, испарения и смесеобразования. На Рисунке 4.6 представлены расчетные значения длины проникновения жидкости (LPL) и длины проникновения паров (У^Е) исследуемых топ-лив в момент времени 1,5 мс после начала впрыскивания.

а б

Рисунок 4.6 - Длина проникновения жидкости топлива (ЬРЬ) (а) и длина проникновения паров топлива (УРЬ) (б) в момент времени 1,5 мс после начала впрыска для нефтяного ДТ (ВР), ДТ с УНТ (ВР+СЫТ), смеси ДТ и ПМ (БР) и смесевого топлива с ДТ, ПМ и УНТ (БР+СЫГ)

По Рисунку 4.6 следует отметить, что по сравнению с нефтяным ДТ смесевое ДТ с 10% ПМ (смесевое топливо - ББ) имеет более длинную струю. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, ПМ обладает большими плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением, что препятствует распаду капель топлива на более мелкие капли [76, 140], а крупные капели перемещаются на большее расстояние. Кроме того, смешивание ДТ с ПМ снижает испаряемость топлива из-за чрезвычайно низкого давления насыщенных паров ПМ. Это приводит к снижению скорости испарения смесевого топлива и, соответственно, к большему количеству жидкого топлива и большей длине проникновения жидкой струи для смесевого топлива. Об этом свидетельствуют приведенные ниже данные по массе паров исследуемых топлив и распределению их массовой концентрации в момент времени 1,5 мс после начала впрыска.

В результате указанных причин в момент времени 1,5 мс после начала впрыска, длина проникновения струи жидкости для ДТ составляет 75,37 мм, а для смеси ДТ и ПМ - 77,10 мм (на 2,29% больше длины струи нефтяного ДТ). Вследствие более длинной струи смеси ДТ и ПМ длина прикосновения паров

этой смеси больше, чем длина прикосновения паров ДТ (87,80 мм для смесевого топливо против 88,68 мм для ДТ, на 1,0% больше). Добавление УНТ в ДТ и в жидкое смесевое топливо, в первую очередь, приводит к увеличению вязкости, коэффициента теплопроводности и коэффициента диффузии смесей. С одной стороны, увеличение вязкости замедляет процесс распада струи, что приводит к образованию более крупных капель и увеличению длины струи [76, 140]. С другой стороны, повышенный коэффициент теплопроводности и повышенное свойство диффузии позволяют ускорить передачу тепла и выровнять температуру внутри капели топлива, в результате чего ускоряется процесс испарения жидкого топлива и уменьшается длина жидкой струи. Данные Рисунка 4.6 показывают, что повышенная испаряемость топлива при добавлении в него УНТ оказывает более значительное влияние на длину струи по сравнению с влиянием повышенной вязкости. Необходимо отметить, что влияние добавки УНТ на длину струи невелико.

На Рисунке 4.7 представлены значения угла раскрытия конуса струи исследуемых топлив в момент времени 1,5 мс после начала впрыска. Как отмечено, при смешивании 90% ДТ с 10% ПМ угол раскрытия жидкой струи почти не меняется. Это можно объяснить следующими двумя факторами, которые оказывают противоположное влияние на угол раскрытия конуса струи. При наличии в составе смеси высоковязкостного ПМ препятствует распаду струи и приводит к меньшему углу раскрытия струи. Такое влияние вязкости на угол раскрытия конуса струи было установлено в экспериментальных и численных исследованиях при низких температурах и отсутствии испарения [140, 161, 189].

Spray angle at 1.5 ms after SOI, 0

I I I I I

Рисунок 4.7 - Угол раскрытия струи топлива в момент времени 1,5 мс после начала впрыска для исследуемых топлив (обозначения топлив см.

на Рисунке 4.6)

При высокой температуре (при наличии испарения топлива) относительное высокое давление насыщенных паров чистого ДТ по сравнению со смесью ДТ и ПМ способствует процессу испарения топливных капель. Особенно это относится к периферии струи, где капли топлива имеют относительно маленькие диаметры по сравнению с центром струи. Поэтому при высокой температуре они могут полностью перейти в газовую фазу, что приводит к уменьшению угла раскрытия струи. В результате совместного влияния указанных факторов угол раскрытия конуса струи смеси ДТ и ПМ почти не отличается от этого угла при рас-пыливании ДТ. Вследствие значительного влияния наличия УНТ в жидком топливе на процесс испарения капель топлива угол раскрытия струи уменьшается при добавлении УНТ в ДТ и смесевое топливо. Например, по сравнению со сме-севым топливом без УНТ угол раскрытия конуса жидкой струи смесевого топлива с УНТ уменьшается от 9,92 до 9,34° в момент времени 1,5 мс после начала впрыска (Рисунок 4.7).

Изменение теплофизических свойств ДТ при добавлении в него растительного масла и УНТ оказывает влияние на показатели мелкости распыливания топлива. На Рисунке 4.8,а показан средний диаметр капель по Заутеру d32 для

исследуемых топлив в момент времени 1,5 мс после начала впрыска. Смешивание ДТ с 10% ПМ приводит к увеличению d32 от 18,6 мкм до 20,5 мкм из-за повышенной вязкости смеси, ее повышенного поверхностного натяжения и пониженного давления насыщенных паров. Добавление УНТ в нефтяное ДТ и жидкое смесевого топлива приводит к увеличению диаметра капель d32. Для анализа этого результата на Рисунке 4.8,6 представлено распределение массы капель по их диаметру (функция распределения диаметра капель топлива - PDF) для исследуемых топлив в момент времени 1,5 мс после начала впрыска. Здесь функция распределения диаметра f(d) определяется формулой:

/(d) = —

где P(d) - масса капель топлива, диаметр которых меньше d. Как следует из данных Рисунка 4.8,б, наличие УНТ не влияет на значение функции распределения при больших диаметрах капель (больше 30 мкм), но уменьшает значение функции распределения при маленьких диаметрах капель. То есть добавление УНТ приводит к заметному уменьшению числа капель топлива с маленьким диаметром. Это связано с тем, что добавление УНТ в жидкое топливо ускоряет скорость испарения капель топлива и мелкие капели быстрее преобразуются в газовую фазу. Анализ распределения капель топлива по их диаметру также показал, что у смесевого топлива масса капель с диаметром больше 30 мкм значительно превосходит эту массу у нефтяного ДТ.

а

б

Рисунок 4.8 - Средний диаметр капель топлива по Заутеру (SMD) (а) и распределение массы капель по их диаметру (функция распределения диаметра - PDF) (б) в момент времени 1,5 мс после начала впрыска для

исследуемых топлив

На Рисунках 4.9 и 4.10 представлены данные по общей массе паров топлива и распределению массовой концентрации паров топлив в продольном сечении струи для исследуемых топлив в момент времени 1,5 мс после начала впрыска. Из-за относительно низкого давления насыщенных паров подсолнечного масла смешивание 90% ДТ с 10% ПМ приводит к замедлению процесса испарения топлива и смесеобразования. При этом общая масса паров топлива уменьшается. Добавлении УНТ в ДТ и указанное смесевое топливо ускоряется скорость испарения капель топлива, что приводит к росту общей массы паров топлива и улучшению качества процесса смесеобразования.

FVM at 1.5 ms after SOI, mg

6.0

DF DF+CNT BF BF+CNT

Рисунок 4.9 - Общая масса паров топлива (РГМ) в камере постоянного объема для исследуемых топлив в момент времени 1,5 мс после начала

впрыска

0 20 40 60 80 100 Axial distance from the nozzle outlet, mm

Рисунок 4.10 - Распределение массовой концентрации паров топлив в продольном сечении струи исследуемых топлив в момент времени 1,5

мс после начала впрыска

Таким образом, добавление ПМ в нефтяное ДТ замедляет процесс испарения смесевого топлива и ухудшает качество процесса смесеобразования. Но такое ухудшение качества процессов распыливания топлива и смесеобразования может быть отчасти компенсировано путем добавления углеродных нанотрубок в рассматриваемое смесевое топливо.

Обобщая результаты расчетных исследований, следует отметить, что добавление УНТ в нефтяное ДТ и смесь 90% ДТ и 10% ПМ приводит к увеличению диаметра капель распыливаемого топлива, что способствует некоторому увеличению длины струй распыливаемого топлива. Одновременно, добавление УНТ в смесь 90% ДТ и 10% ПМ приводит к небольшому увеличению угла конуса раскрытия струи. Следует отметить и лучшую испаряемость моторных топлив, при добавлении в них углеродных нанотрубок, что обусловлено увеличением скорости испарения капель топлива, содержащих УНТ. Таким образом, при добавлении углеродных нанотрубок к смесевому биотопливу положительными эффектами являются некоторое увеличение угла конуса струи распыливаемого топлива и его лучшую испаряемость, что обеспечивает лучшее качество процесса смесеобразования.

Основные результаты и выводы по четвертой главе

1. Уникальные физические свойств наноструктур способствуют их широкому использованию в различных областях техники и технологий. Преимущество использования углеродных (графеновых) нанотрубок заключается в том, что добавка даже их небольшого количества (несколько сотых процента) в основной материал радикально меняет его некоторые удельные свойства.

2. Указанная добавка ускоряет процессы тепло- и массообмена, способствует повышению реакционной активности топлива, что позволяет улучшать качество процессов распыливания топлива и смесеобразования, сократить период задержки воспламенения и длительность процесса сгорания.

3. Проведены экспериментальные исследования дизеля без наддува типа Д-243 (4 Ч 11/12,5) производства ОАО «УКХ «ММЗ» (Беларусь) в составе дизель-генераторной установки. При испытаниях в смесь 90% нефтяного ДТ и 10% подсолнечного масла добавлялись УНТ типа ТШЫ1 компании Тте8папо (Китай) в количестве 0 (чистое ДТ) до 500 мг/л.

4. После смешивания указанных компонентов в ультразвуковой ванне типа УЗВ-10/150-ТН, производимой Российской электротехнической компанией (РЭ-ЛТЕК) на базе пьезокерамических излучателей, образовывалась однородная стойкая смесь темно-коричневого цвета.

5. Так как УНТ имеют размеры, соизмеримые с размерами частиц, задерживаемых топливными фильтрами, при испытаниях дизеля фильтры грубой и тонкой очистки были отключены.

6. На моторном стенде дизель Д-243 исследован на режимах предельной ре-гуляторной характеристики, формируемой при частоте вращения коленчатого вала двигателя п=1500 мин-1.

7. На режиме с полной нагрузкой наличие УНТ в смеси 90% ДТ и 10% ПМ отказывает слабое влияние на удельный эффективный расход топлива рассматриваемого дизеля. Однако на режимах с частичной нагрузкой это влияние более значительно. При нагрузке 12,3; 23,6 и 36,6 кВт и использовании смеси 90% ДТ и 10% ПМ без добавления УНТ удельный эффективный расход топлива составил 398,4; 305,5 и 289,3 г/(кВт-ч), а при работе на смесевом топливе, содержащего 500 мг/л УНТ - соответственно 385,4; 300,8 и 287,2 г/(кВт-ч). То есть, добавка в смесевое топливо 500 мг/л УНТ позволило снизить удельный эффективный расход на 0,7% на режиме с полной нагрузкой (Ые =36,6 кВт), на 1,5% на режиме с Ые =23,6 кВт, на 3,3% на режиме с Ые =12,3 кВт.

8. Среди показателей токсичности ОГ наибольшее влияние добавка УНТ оказывает на дымность ОГ. На режиме с полной нагрузкой увеличение содержания УНТ в смесевом биотопливе от 0 до 500 мг/л приводит к уменьшению дым-ности ОГ от 12,9 до 9,0 % по шкале Хартриджа, то есть на 30%. На режимах с

пониженной нагрузкой влияние добавки УНТ в смесевое топливо на дымность ОГ снижается.

9. При добавлении УНТ в смесевое топливо выбросы оксидов азота снижаются. На режиме максимальной мощности при росте содержания УНТ жидком моторном топливе от 0 до 500 мг/л отмечено наибольшее снижение содержания оксидов азота в ОГ - от 1626 до 1552 ppm (на 4,6 %). На режиме холостого хода при указанном росте содержания УНТ в смесевом топливе концентрация оксидов азота в ОГ CNOx снизилась со 179 до 174 ppm (на 2,8 %).

10. Добавка УНТ к смесевому топливу сравнительно слабо влияет на содержание в ОГ монооксида углерода, но отмечена тенденция снижения его содержания в ОГ. Однако изменения его содержания в ОГ соизмеримы с точностью измерения этого показателя.

11. Выбросы легких несгоревших углеводородов с ОГ дизеля также слабо зависят от содержания УНТ в смесевом топливе. При этом следует отметить очень низкий выброс этого токсичного компонента с ОГ исследуемого дизеля, составляющий 8-12 ppm.

12. Проведенные расчетные исследования процесса распыливания топлива дизеля, работающего на смесевом биотопливе с добавкой УНТ с использованием ПК Converge CFD показали, что при добавлении углеродных нанотрубок к сме-севому биотопливу положительными эффектами являются меньшая длина струй топлива в КС и лучшая испаряемость топлива, что обеспечивает лучшее качество процесса смесеобразования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные расчетные и экспериментальные исследования показали, что путем совершенствования процесса распыливания нефтяного и альтернативных топлив можно обеспечить значительное улучшение экологических и эффективных показателей дизеля. Полученные при исследованиях результаты сводятся к следующим основным выводам и рекомендациям:

1. Показано, что определяющее влияние на процесс распыливания топлива оказывает турбулизация струй топлива. В качестве фактора, характеризующего турбулизацию потока топлива на выходе из распыливающих отверстий форсунки, использована кинетическая энергия турбулентности, которая физически определяемая пульсационными составляющими скорости потока по осям x, y, z.

2. Разработана методика расчета параметров течения топлива в распылителе форсунки с использованием ПК Ansys Fluent, позволяющая оценить параметры потока топлива на выходе из распыливающих отверстий. Исследовано стационарное течение нефтяного ДТ и РМ в проточной части распылителей дизеля типа Д-245 (4 ЧН 11/12,5) при максимальном подъеме иглы форсунки, давлениях на входе в расчетную область, равных 51,5, 40 и 20 МПа, и давлении на выходе из расчетной области, равном 8,9 МПа.

3. При использовании РМ в качестве топлива отмечено заметное снижение скорости впрыскивания и турбулентности потока по сравнению с нефтяным ДТ. При давлениях на входе и выходе из расчетной области, равных 51,5 и 8,9 МПа, кинетическая энергия турбулентности потока топлива на выходе из распылива-ющего отверстия равна, соответственно, 2574,37 и 2208,00 м2/с2.

4. В качестве показателей качества процесса распыливания рассмотрены средние диаметры капель и угол раскрытия струй распыливаемого топлива. Предложен критерий E/v0'5, позволяющий оценить взаимосвязь показателей рас-пыливания с кинетической энергии турбулентности потока топлива на выходе из распыливающих отверстий E и его вязкостью v. Выявлена зависимость средних

диаметров капель распыливаемого топлива и угла раскрытия конуса струй с кинетической энергии турбулентности потока топлива на выходе из распыливаю-щих отверстий Е и критерием Е/у0'5. Проведенный корреляционный анализ подтвердил наличие тесной взаимосвязи показателей распыливания топлива с критерием Е/у0'5 - коэффициенты корреляции исследованных зависимостей изменяются в диапазоне от 0,9886 до 0,9968.

5. Расчеты процессов топливоподачи и распыливания топлива дизеля Д-245 с использованием ПК ДИЗЕЛЬ-РК показали, что при его переводе с нефтяного ДТ на РМ средний диаметр капель по Заутеру возрос от 24,3 до 39,4 мкм, длина струи на момент окончания впрыскивания увеличилась от 41,9 до 48,4 мм, угол раскрытия конуса струи уменьшился от 20,8 до 15,8 град. Уменьшение диаметра капель распыливаемого топлива и сокращение длины его струй сопровождается снижением удельного эффективного расхода топлива и некоторым увеличением содержания оксидов азота в ОГ.

6. При испытаниях дизеля без наддува типа Д-243 (4 Ч 11/12,5) в составе ДГУ в смесь 90% нефтяного ДТ и 10% ПМ добавлялись УНТ типа ТШЫ1 компании Тте8папо (Китай) в количестве 0 (чистое ДТ) до 500 мг/л. При работе на смеси 90% ДТ и 10% ПМ без добавления УНТ на режимах предельной регуля-торной и нагрузках 12,3; 23,6 и 36,6 кВт удельный эффективный расход топлива составил 398,4; 305,5 и 289,3 г/(кВт-ч), а при работе на смесевом топливе, содержащего 500 мг/л УНТ - соответственно 385,4; 300,8 и 287,2 г/(кВт-ч).

7. Добавка УНТ в смесевое топливо оказывает наибольшее влияние на дым-ность ОГ. При работе дизеля на режиме с полной нагрузкой при увеличении содержания УНТ в смесевом топливе от 0 до 500 мг/л происходит уменьшение дымности ОГ от 12,9 до 9,0 % по шкале Хартриджа, то есть на 30%. При добавлении УНТ в смесевое топливо выбросы оксидов азота снижаются. Наибольшее снижение содержания оксидов азота в ОГ - от 1626 до 1552 ррт (на 4,6 %) отмечено на режиме максимальной мощности при росте содержания УНТ жидком

моторном топливе от 0 до 500 мг/л. Добавка УНТ к смесевому топливу сравнительно слабо влияет на содержание в ОГ монооксида углерода и углеводородов.

8. Проведенные расчетные исследования процесса распыливания топлива дизеля, работающего на смесевом биотопливе с добавкой УНТ, с использованием ПК Converge CFD показали, что при добавлении углеродных нанотрубок к сме-севому биотопливу положительными эффектами являются меньшая длина струй топлива в КС и лучшая испаряемость топлива, что обеспечивает лучшее качество процесса смесеобразования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автомобильные двигатели: Учебник для ВУЗов / М.Г. Шатров [и др.]. Под ред. М.Г. Шатрова. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 464 с.

2. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / А.А. Александров [и др.]. Под ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2012. 791 с.

3. Анализ показателей токсичности отработавших газов дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавками растительных масел / В.А. Неверов [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2020. №2 6. С. 116 (Тезисы доклада на ВНТК в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2020 г.).

4. Басов К.А. ANSYS: Справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2005. 640

с.

5. Батурин О.В., Батурин Н.В., Матвеев В.Н. Расчет течений жидкостей и газов с помощью универсального программного комплекса Fluent: Учебное пособие для ВУЗов. Самара, Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета, 2009. 151с.

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

7. Биотоплива и другие энергоносители для колесных транспортных средств / В.К. Азаров [и др.] // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 3. С. 72 -74.

8. Быковская Л.И. Оценка эффективности применения многокомпонентных биотоплив в дизельных двигателях сельскохозяйственных машин: Дисс. ... к.т.н.: 05.20.01. М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2013. 184 с.

9. Васильев И.П. Влияние топлив растительного происхождения на экологические и экономические показатели дизеля. Луганск, Изд-во Восточноукраин-ского национальный университета им. В. Даля, 2009. 240 с.

10. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И. Распыливание жидкости форсунками. Под ред. С.С. Кутателадзе. М.: Госэнергоиздат, 1962. 265 с.

11. Возможности сокращения выброса оксидов азота с отработавшими газами быстроходного форсированного дизеля при сохранении высокой топливной экономичности / Б.Н. Семенов [и др.] // Двигателестроение. 1986. № 9. С.3-6.

12. Година Е.Д. Определение теплоты сгорания дизельного смесевого топлива с добавкой соевого масла // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2013. Том 10. № 5. 25-29.

13. Горчичное масло как экологическая добавка к нефтяному дизельному топливу / В.А. Неверов [и др.] // Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо. 2017. Том 16. № 1. С. 10-21.

14. Грехов Л.В., Габитов И.И., Неговора А.В. Конструкция, расчет и технический сервис топливоподающих систем дизелей: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Изд-во «Легион-Автодата», 2013. 292 с.

15. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Системы топливоподачи и управления дизелей. М.: Легион-Автодата, 2005. 344 с.

16. Грехов Л.В., Кулешов А.С. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 64 с.

17. Грехов Л.В., Марков В.А., Девянин С.Н. Параметры процесса топливо-подачи и показатели дизеля, работающего на смесевых биотопливах // Грузовик. 2009. № 7. С. 39-47.

18. Гришин Ю.А., Копылов А.С. Численное моделирование течения топлива в проточных частях распылителя форсунки // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2015. № 10. С. 31-37.

19. Гусаков С. В. Перспективы применения в дизелях альтернативных топ-лив из возобновляемых источников. М.: РУДН, 2008. 318 с.

20. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей: Учебник для ВУЗов / Д.Н. Вырубов [и др.]. Под ред. А.С. Ор-лина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1983. 372 с.

21. Двигатели внутреннего сгорания: Теория рабочих процессов / В.Н. Лу-канин [и др.]. Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 2005. 479 с.

22. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник для ВУЗов / В.П. Алексеев [и др.]. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.

23. Девянин С.Н, Белов В.М., Слепцов О.Н. Применение в дизелях топлива растительного происхождения // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2003. №4. С. 15-21.

24. Девянин С.Н., Марков В.А., Сиротин Е.А. Совершенствование процессов топливоподачи и смесеобразования дизелей // Грузовик &. 2003. №2 11. С. 2126.

25. Девянин С.Н. Улучшение эксплуатационно-технических показателей быстроходного дизеля совершенствованием процессов впрыскивания и распы-ливания топлива. Дисс. ... д.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 390 с.

26. Дунин А.Ю. Методология разработки аккумуляторных топливных систем дизелей: Дисс. ... д.т.н.: 05.04.02. М.: МАДИ, 2021. 476 с.

27. Дьячков П.Н. Электронные свойства и применение нанотрубок. М.: Бином. Лаборатория знаний. 2011. 488 с.

28. Елецкий, А.В. Сорбционные свойства углеродных наноструктур // Успехи физических наук. 2004. Том 174. № 11. С. 1191-1231.

29. Елецкий А.В. Транспортные свойства углеродных нанотрубок / Успехи физических наук. 2009. Том 179. № 3. С. 225-242.

30. Ерохов В.И. Токсичность современных автомобилей: Методы и средства снижения вредных выбросов в атмосферу. М.: Изд-во «Форум», 2017. 448 с.

31. Ерохов В.И. Экологические показатели современных наземных транспортных средств // Грузовик. 2020. № 9. С. 16-27.

32. Ершов Ю.А., Зайцев Н.И. Основы биохимии для инженеров / Под ред. С.И. Щукина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 359 с.

33. Ефанов А.А. Улучшение экологических характеристик дизеля регулированием состава смесевого биотоплива: Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 125 с.

34. Звонов В.А., Козлов А.В., Теренченко А.С. Исследование эффективности применения в дизельных двигателях топливных смесей и биотоплив // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). 2008. Том LII. № 6. С. 147-151.

35. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. 160 с.

36. Зенин А.А. Совершенствование процессов распыливания топлива и смесеобразования транспортного дизеля, работающего на дизельном топливе и био-топливах на основе рапсового масла: Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 222 с.

37. Зиганшин А.М. Вычислительная гидродинамика. Постановка и решение задач в процессоре Fluent. Казань: Изд-во Казанского государственного архитектурно-строительного университета, 2013. 79 с.

38. Интегральная токсичность отработавших газов тракторных дизелей в условиях эксплуатации / В.А. Неверов [и др.] // Материалы научно-технической конференции «Двигатель-2018», посвященной 150-летию факультета «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана. C. 168-180.

39. Использование водотопливных эмульсий в автомобильных и судовых дизелях / В.А. Неверов [и др.] // Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо. 2018. Том 17. № 10. С. 440-448.

40. Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях / В.А. Марков [и др.]. М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2011. 536 с.

41. Исследование возможностей использования соевого масла как экологической добавки в нефтяное дизельное топливо / В.А. Неверов [и др.] // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2022. № 1. С. 39-52.

42. Исследование возможности использования углеродных нанотрубок в качестве экологической добавки к смесевому биотопливу / В.А. Неверов [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2020. № 6. С. 115 (Тезисы доклада на ВНТК в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2020 г.).

43. Исследование воспламеняемости растительных масел в камере сгорания дизельного двигателя / В.А. Неверов [и др.]. // Двигателестроение. 2021. № 3. С. 16-21.

44. Исследование течения рапсового масла в проточной части распылителя дизельной форсунки / В.А. Неверов [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2019. № 6. С. 129-130 (Тезисы доклада на ВНТК в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2019 г.).

45. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: Учебник для ВУЗов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 589 с.

46. Карташевич А.Н., Товстыка В.С., Плотников С.А. Показатели работы тракторного дизеля на рапсовом масле // Двигателестроение. 2011. № 2. С. 3941.

47. Козлов А.В. Оценка выбросов вредных веществ автомобилями в условиях эксплуатации // Автомобильная промышленность. 1999. № 2. С. 37-40.

48. Козлов А.В., Теренченко А.С. Современные зарубежные требования к уровню энергетической эффективности АТС и технология их обеспечения // Автомобильная промышленность. 2013. № 11. С. 36-40.

49. Коротнев А.Г., Кульчицкий А.Р., Честнов Ю.И. Конструкция проточной части распылителя и параметры дизеля // Автомобильная промышленность. 2002. № 2. С. 15-17.

50. Коротнев А.Г. Топливные системы с аккумулированием утечек в нады-голочном объеме форсунок малотоксичных и экономичных дизелей. Дисс. ...к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 136 с.

51. Коршунов Д.А. Улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем использования биотоплив на основе рапсового масла: Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 183 с.

52. Кулешов А.С., Грехов Л.В. Расчетное формирование оптимальных законов управления дизелями на традиционных и альтернативных топливах // Безопасность в техносфере. 2007. № 5. С. 30-32.

53. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Изд-во «Академический проект», 2004. 398 с.

54. Кутовой В.А. Впрыск топлива в дизелях. М.: Машиностроение, 1981. 119

с.

55. Кухарев М.Н. Исследование распыливания топлива применительно к быстроходным дизелям // Сб. трудов НАМИ: «Исследование распыливания и горения дизельного топлива». 1959. Вып. 87. С. 3-56.

56. Лиханов В.А., Сайкин А.М. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Колос, 1994. 224 с.

57. Лиханов В.А. Улучшение эксплуатационных показателей тракторных дизелей путем применения альтернативных топлив: Дисс. ... д.т.н.: 05.20.03. Киров: Кировский сельскохозяйственный институт, 1999. 589 с..

58. Лысов И.О. Улучшение смесеобразования и сгорания путем согласования формы камеры сгорания и параметров топливоподачи при форсировании транспортного дизеля. Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. Челябинск: ЮУрГУ, 2020. 151 с.

59. Лышевский А.С. Закономерности дробления жидкостей механическими форсунками давления. Новочеркасск: Изд-во НПИ, 1961. 183 с.

60. Лышевский А.С., Кравченко В.И. Изменение давления топлива в плунжерном аккумуляторе насоса высокого давления в период впрыска // Рабочие процессы топливных систем дизелей. 1973. Том 280. С. 3-25.

61. Лышевский А.С., Кравченко В.И. Колебательные процессы в топливных системах дизелей. Ростов: Изд-во Ростовского университета, 1974. 200 с.

62. Лышевский А.С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. М.: Машгиз, 1963. 180 с.

63. Лышевский А.С. Распыливание топлива в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1971. 248 с.

64. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топ-лив в двигателях внутреннего сгорания. М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000. 311 с.

65. Любимов А.К., Шабарова Л.В. Методы построения расчетных сеток в пакете АКБУБ 1СЕМ СКО: Электронное учебное пособие. Нижний Новгород: Нижегородский государственный университет, 2011. 25 с.

66. Маецкий А.В., Гребеньков А.А. Обзор приборов и методов исследования качества распыливания топлива дизельной форсункой // Молодой ученый. 2011. Том 1. № 10. С. 48-54.

67. Маецкий А.В. Обзор расчетных методов исследования качества распы-ливания топлива дизельной форсункой и анализ факторов, влияющих на качество распыливания // Молодой ученый. 2012. № 3. С. 61-70.

68. Мальчук В.И. Топливоподача и зональное смесеобразование в дизелях. М.: Изд-во МАДИ, 2009. 176 с.

69. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 376 с.

70. Марков В.А., Девянин С.Н., Мальчук В.И. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 360 с.

71. Марков В.А., Девянин С.Н., Неверов В.А. Использование в дизелях сме-севых биотоплив с добавками соевого масла // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 6. С. 40-50.

72. Марков В.А., Нагорнов С.А., Девянин С.Н. Состав и теплота сгорания биотоплив, получаемых из растительных масел // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Естественные науки. 2012. № 2. С. 65-80.

73. Марков В.А., Са Бовэнь, Неверов В.А. Геометрия проточной части дизельной форсунки и параметры процесса топливоподачи // «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса»: материалы докл. междунар. науч.-тех. конф. «8-ые Луканинские чтения». М.: МАДИ (ГТУ), 2019. 89-100.

74. Марков В.А., Са Бовэнь, Неверов В.А. Исследование возможности применения углеродных нанотрубок в качестве присадки к нефтяному дизельному топливу // «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса»: материалы докл. междунар. науч.-тех. конф. «8-ые Луканинские чтения». М.: МАДИ (ГТУ), 2019. С. 211-225.

75. Машиностроение. Энциклопедия. Том IV. Двигатели внутреннего сгорания / Л.В. Грехов [и др.]. Под ред. А.А. Александрова, Н.А. Иващенко. М.: Машиностроение, 2013. 784 с.

76. 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.

77. Нагорнов С.А., Мещерякова Ю.В., Мещеряков А.Г. Экспериментальное исследование работы дизельного двигателя на смесевом топливе // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 1. С. 9-11.

78. Наумов В.Н., Байтимеров Р.М., Погуляев Ю.Д. Расчетное исследование топливоподачи с насос-форсунками // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2013. № 10. С. 47-55.

79. Нефтяные моторные топлива: экологические аспекты применения / А.А. Александров [и др.]. Под ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. М.: ООО НИЦ «Инженер», ООО «Онико-М», 2014. 691 с.

80. Николаев А.И. Механизм образования углеродных нановолокон из углеводородов и монооксида углерода // Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо. 2014. № 12. С. 19-22.

81. Об использовании водотопливных эмульсий в автотракторных дизелях / В.А. Неверов [и др.]. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2019. № 1. С. 115 (Тезисы доклада на ВНТК в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2018 г.).

82. Оценка и контроль выбросов дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей / В.А. Звонов [и др.]. М.: Изд-во «Прима-Пресс-М», 2005. 312 с.

83. Паронян В.Х. Технология жиров и жирозаменителей. М.: Изд-во «ДеЛи принт», 2006. 760 с.

84. Парсаданов И.В. Повышение качества и конкурентоспособности дизелей на основе комплексного топливно-экологического критерия. Харьков: Изд-во ХПИ, 2003. 244 с.

85. Патрахальцев Н.Н. Повышение экономических и экологических качеств двигателей внутреннего сгорания на основе применения альтернативных топлив. М.: РУДН, 2008. 267 с.

86. Патрахальцев Н.Н., Савастенко А.А. Применение в дизелях нетрадиционных топлив, как добавок к основному. М.: Изд-во «Легион-Автодата», 2014. 162 с.

87. Плотников С.А., Кантор П.Я., Мотовилова М.В. Расчет характеристик впрыскивания при работе дизеля на активированном топливе // Двигателестрое-ние. 2020. № 2. С. 19-23.

88. Подача и распыливание топлива в дизелях / И.В. Астахов [и др.]. Под ред. И.В. Астахова. М.: Машиностроение, 1971. 359 с.

89. Показатели токсичности отработавших газов дизельного двигателя, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавками растительных масел / В.А. Неверов [и др.] // Двигателестроение. 2020. № 4. С. 18-24.

90. Применение углеродных нанотрубок в качестве присадки, улучшающей экологические показатели дизеля / В.А. Неверов [и др.] // Автогазозаправочный комплекс + альтернативное топливо. 2020. Том 19. № 10. С. 473-481.

91. Разлейцев В.Н. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков: Вища школа, 1980. 169 с.

92. Раков Э. Г. Неорганические наноматериалы: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Лаборатория знаний, 2020. 480 с.

93. Рапсовое биотопливо / А.П. Уханов [и др.]. Пенза: Пензенская государственная сельскохозяйственная академия, 2008. 228 с.

94. Расчетное исследование параметров распыливания биотоплив в камере сгорания дизеля / В.А. Неверов [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2020. № 6. С. 116 (Тезисы доклада на ВНТК в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2020 г.).

95. Расчетное исследование процессов топливоподачи и распыливания биотоплива в камере сгорания дизеля / В.А. Неверов // «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса»: материалы докл. междунар. науч.-тех. конф. «9-е Луканинские чтения». М.: МАДИ (ГТУ), 2021. С. 66-67.

96. Расчетные исследования показателей дизеля, работающего на нефтяном дизельном топливе с добавками растительных масел / В.А. Неверов [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2021. № 4. С. 104-105 (Тезисы доклада на ВНТК в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2021 г.).

97. Рудаков В.Ю. Метод прогнозирования развития топливных струй в открытых камерах сгорания дизелей. Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 224 с.

98. Русинов Р.В., Добрецов Р.Ю. Двигатели наземных транспортно -технологических машин. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2014. 164 с.

99. Русинов Р.В., Добрецов Р.Ю. О параметрах топливоподачи в дизелях // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2015. № 2. С. 25-32.

100. Са Бовэнь. Улучшение эксплуатационно-технических показателей дизеля совершенствованием процесса топливоподачи и свойств топлива. Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. 139 с.

101. Савельев Г.С., Кочетков М.Н. Расчет параметров топливной системы тракторного дизеля при его адаптации к работе на рапсовом масле // Транспорт на альтернативном топливе. 2009. № 4. С. 60-67.

102. Семёнов В.Г., Зинченко А.А. Альтернативные топлива растительного происхождения. Определение фракционного и химического составов // Химия и технология топлив и масел. 2005. № 1. С. 29-34.

103. Семёнов В.Г., Рудаченко С.В. Влияние физико-химических показателей биодизельного топлива на параметры дизеля и его эколого-эксплуатационные характеристики // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 1. С. 8-10.

104. Скрипник А.А. Влияние интенсивности вихревого движения заряда на локальные параметры рабочего процесса в двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива. Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 175 с.

105. Совершенствование процессов распыливания топлива и смесеобразования при работе дизеля на смесевых биотопливах / В.А. Неверов [и др.] // Дви-гателестроение. 2021. № 1. С. 3-12.

106. Совершенствование рабочих процессов автотракторных дизелей и их топливных систем, работающих на альтернативных топливах / М.Г. Шатров [и др.]. М: МАДИ, 2012. 220 с.

107. Тепловые двигатели установок электро- и теплоснабжения, использующие биотоплива: Учебное пособие для ВУЗов / В.Ф. Каменев [и др.]. М.: Изд-во МАДИ, 2014. 92 с.

108. Техника и технологии производства и переработки растительных масел: Учебное пособие для ВУЗов / С.А. Нагорнов [и др.]. Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. 96 с.

109. Ткачев А.Г., Золотухин И.В. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур: монография. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2007. 316 с.

110. Топливные системы и экономичность дизелей / И.В. Астахов [и др.]. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.

111. Трусов В.И., Дмитриенко В.П., Масляный Г.Д. Форсунки автотракторных дизелей. М.: Машиностроение, 1977. 167 с.

112 Трусов В.И., Мальчук В.И., Зрячкин М.В. К выбору конструктивных параметров распылителя по заданным характеристикам впрыска и распыливания топлива // Труды МАДИ. 1979. Вып. 178. С. 58-62.

113. Трусов В.И., Младенов М.Б. Влияние кавитации и вихреобразования в сопловом отверстии на мелкость распыливания топлива // Труды МАДИ. 1976. Вып. 126. С. 46-53.

114. Трусов В.И., Рябикин Л.М. Исследование влияния характеристики впрыска на тонкость распыливания форсунками закрытого типа // Сб. трудов МАДИ: «Автотракторные двигатели». 1968. С. 58-79.

115. Трусов В.И., Рябикин Л.М. К расчету движения факела распыленного топлива в неподвижной газовой среде // Труды МАДИ. 1972. Вып. 40. С. 38-44.

116. Углеродные нанотрубки как присадка к смесевому биотопливу / В.А. Неверов [и др.] // «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса»: материалы докл. междунар. науч.-тех. конф. «9-е Луканинские чтения». М.: МАДИ (ГТУ), 2021. C. 68-69.

117. Удовицкий В.Г. Методы оценки чистоты и характеризации свойств углеродных нанотрубок // Физическая инженерия поверхности. 2009. Том 7. № 4. С. 351-373.

118. Улучшение показателей токсичности отработавших газов дизелей при подаче воды в цилиндры / В.А. Марков [и др.] // Автогазозаправочный ком-плекс+альтернативное топливо. 2020. Том 19. № 8. С. 354-363.

119. Уханов А.П., Уханов Д.А., Шеменев Д.С. Дизельное смесевое топливо. Пенза: РИО Пензенской государственной сельскохозяйственной академии, 2012. 147 с.

120. Файнлейб Б.Н., Бараев В.И. Влияние конструктивных параметров на распыливание, развитие факела и испарение топлива в быстроходных дизелях. М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1973. 50 с.

121. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. Л.: Машиностроение, 1990. 352 с.

122. Фомин В.М., Ермолович И.В., Сатер Х.А. Использование рапсового масла в качестве моторного топлива для дизелей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1997. № 5. С. 11-12.

123. Харламова М.В. Электронные свойства одностенных углеродных нано-трубок и их производных // Успехи физических наук. 2013. Том 183. № 11. С. 1145-1174.

124. Хеваге Ч.А. Снижение выбросов сажи малоразмерного высокооборотного дизеля с непосредственным впрыском путем добавки рапсового масла в топливо: Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: РУДН, 1997. 156 с.

125. Шароглазов Б.А., Фарафонтов М.Ф., Клементьев В.В. Двигатели внутреннего сгорания: Теория, моделирование и расчет процессов. Под ред. Б.А. Ша-роглазова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. 403 с.

126. Шашок Ж.С., Прокопчук Н. Р. Применение углеродных наноматериа-лов в полимерных композициях. Минск: Белорусский государственный технологический университет, 2014. 232 с.

127. Шумовский В.С. Улучшение показателей транспортного дизеля путем совершенствования процессов распыливания топлива и смесеобразования. Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 165 с.

128. Шустер А.Ю. Совершенствование показателей транспортного дизеля путем использования двухкомпонентных и многокомпонентных смесевых био-топлив на основе растительных масел. Дисс. ... к.т.н.: 05.04.02. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 171 с.

129. Экологические аспекты применения моторных топлив на транспорте / В.Ф. Кутенев [и др.] // «Автомобильные и тракторные двигатели»: Межвуз. Сб. М.: Изд-во «МАМИ», 1998. Вып. 14. С. 150-160.

130. Aboalhamayie A., Festa L., Ghamari M. Evaporation Rate of Colloidal Droplets of Jet Fuel and Carbon-Based Nanoparticles: Effect of Thermal Conductivity // Nanomaterials. 2019. Vol. 1297. № 9. P. 1-10.

131. Ahmed Z.A., Sharma D.K. A Modelling and Analysis of Exhaust Gas Recirculation System to Lower the NOx Emission from Internal Combustion Engine: a Review on Advanced and Novel Concepts // International Journal of Renewable Energy Technology (IJRET), 2018. Vol. 9. No. 1/2. P. 118-125.

132. Amsden A.A., O'Rourke P.J., Butler T.D. KIVA-II: A Computer Program for Chemically Reactive Flows with Sprays. 1989. 70 p.

133. Anantha Raman L., Deepanraj B., Rajakumar S. et al. Experimental Investigation on Performance, Combustion and Emission Analysis of a Direct Injection Diesel Engine Fuelled with Rapeseed Oil Biodiesel // Fuel. 2019. Vol. 246. P. 69-74.