Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояние проблемы. цель и задачи исследования 8
1.1. Анализ факторов, обуславливающих необходимость применения эмульгированного топлива в двигателе внутреннего сгорания 8
1.2. Влияние использования водно-топливных эмульсий на экологические и эксплуатационные показатели двигателя внутреннего сгорания 14
1.3. Условия применение водно-топливных эмульсий в двигателе внутреннего сгорания 25
1.4. Типы эмульсий, условия их образования и свойства 28
1.5. Технология получения водно-топливных эмульсий 43
1.6. Выводы. Цель и задачи исследования 51
2. Теоретические предпосылки получения водно-био топливной эмульсии и ее сгорания в двигателе 53
2.1. Разработка комплексной технологии получения водно-био-топливной эмульсии 53
2.2. Математическая модель механоактивации несжимаемой жидкой среды в комбинированном статическом смесителе-активаторе 60
2.3. Интенсификация процесса механоактивации в модифицированном смесителе-активаторе 66
2.4. Методика расчета влияния применяемой водно-био-топливной эмульсии на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС 69
2.5. Исследование процесса сгорания ВБТЭ 77
2.6. Выводы по главе 80
3. Методики экспериментальных исследований и расчета 82
3.1. Общая методика исследований 82
3.2. Преимущества статических смесителей активаторов смеситель-активатор по сравнению с другими устройствами 85
3.3. Методика определения эксплуатационных свойств водно-биотопливной эмульсии 87
3.4. Методика определения теплоемкости с помощью экспериментальной установки и расчет теплотворности ВБТЭ 88
3.5. Методика определения вязкости ВБТЭ 94
3.6. Описание установки для исследования работы ДВС на дизельном и эмульгированном топливе 100
3.7. Методика проведения испытаний работы ДВС на дизельном топливе и топливных эмульсиях 104
3.8. Выводы по главе 109
4. Результаты экспериментальных исследований 110
4.1. Определение оптимального состава водно-био-топливной эмульсии с применением нейронной сети как классификатора показателей качества 110
4.2. Анализ влияния эмульгатора на работу ДВС 115
4.3. Анализ исследований микроструктуры и физических свойств ВБТЭ 118
4.4. Результаты сравнительных моторных испытаний работы дизельного двигателя на разных видах топлив 126
4.5. Выводы по главе 136
5. Экономическое обоснование результатов исследования .
138
5.1. Обоснование экономической эффективности от внедрения диссертационного исследования 138
5.1. Экономические расчёты производства водно-био-топливной эмульсии 138
5.2. Экономический эффект применения эмульгированного 142
5.3. Расчет предотвращенного экологического ущерба от применения ВБТЭ в ДВС 143
5.4. Выводы по главе 146
Общие выводы 147
Список использованных источников
- Условия применение водно-топливных эмульсий в двигателе внутреннего сгорания
- Методика расчета влияния применяемой водно-био-топливной эмульсии на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС
- Методика определения эксплуатационных свойств водно-биотопливной эмульсии
- Анализ влияния эмульгатора на работу ДВС
Условия применение водно-топливных эмульсий в двигателе внутреннего сгорания
Сегодня в подавляющем большинстве случаев сельскохозяйственная техника работает на дизельном топливе. В России на данный момент производится дизельное топливо для летнего и зимнего периода согласно ТУ 38.1011348-89. Существует две марки летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одна марка зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива [17]. Дизельные топлива представляют собой фракцию с температурой начала кипения 140–200С и температурой конца кипения 330–360С. Такое топливо применяется в дизельных двигателях, использующих процесс самовоспламенения дизельного топлива путём повышения температуры, связанной со сжатием воздуха, до 700С. Основным источником экологически вредных веществ от ДВС транспортного средства являются отработавшие газы. Как правило, стандартами качества топлива нормируются следующие компоненты выхлопных газов: оксиды азота (NОх), углерода (СОу) и углеводороды (CnHm). Помимо данных веществ в атмосферу вместе с выхлопными газами выбрасываются предельные и непредельные углеводороды, канцерогенные вещества, альдегиды, и другие компоненты. Среди описанных токсичных составляющих выхлопных газов наиболее трудно снижается содержание оксиды азота. Газы NОх образуются в камере сгорания двигателя с поглощением теплоты, таким образом, влиять на эмиссию этого вещества можно путём изменения температуры сгорания. Для снижения содержания оксидов азота необходимо снижать максимальные температуры сгорания используемого в конкретном двигателе топлива. И в этом отношении использование ВТЭ по сравнению с обычным моторным топливом позволяет, с одной стороны, повысить коэффициент сжигания топлива, с другой – приводит к снижению выброса в атмосферу оксидов азота и угарного газа. Механизм этого эффекта объясняется следующим [18, 19].
Рассмотрим процесс сжигания ВТЭ в двигателе. При подаче в цилиндр двигателя эмульсии типа «вода в масле», в капле топлива находятся более мелкие капельки воды. Дисперсность капель дизельного топлива составляет 0,03-0,1мм [20, 21]. В такой капле топлива находятся включения более мелких капель воды с дисперсностью около 1-3мкм. При нагревании вода вскипает, образующийся пар разрывает каплю, увеличивая дисперсность топлива. Это обусловлено большой разницей температур кипения топлива (200-360С) и воды (100С). В результате поверхность контакта воздуха и топлива увеличивается, они более эффективно перемешиваются, следовательно, топливо сгорает более полно. Нагрев воды, ее испарение и перегрев полученного пара отбирает часть тепла от цилиндровых газов, обуславливая снижение их температуры. Часть теплоты выделившейся при сгорании топлива затрачивается на прогрев и испарение содержащейся в эмульсии воды. В результате, на (150–200) К снижается максимальная температура цикла, а также на (400–500) К локальные температуры в отдельных областях камеры сгорания. Известно, что содержащийся в воздушном заряде азот окисляется при температуре не менее 1500 К, поэтому вследствие понижения температуры в камере сгорания дизеля будет уменьшаться и концентрация оксидов азота в отработавших газах [22, 23].
Таким образом, описанное явление способствует, с одной стороны, высокой скорости испарения топлива в цилиндре двигателя и, с другой, более быстрому и полному сгоранию его лёгких составляющих на первой стадии горения. Затем при достижении в цилиндре двигателя высокой температуры благодаря сгоранию лёгких фракций топлива, вода и топливо в парообразном состоянии диссоциируют на активные радикалы (Н,ОН и др.), которые в свою очередь, будучи катализаторами горения углеводородов, значительно сокращают время горения оставшихся тяжёлых составляющих топлива – в том числе, сажистых остатков, время выгорания которых в обычном топливе составляет до 40% от общей продолжительности горения топлива. При этом показатели скорости сгорания вязких водно-топливных эмульсий и лёгких дизельных топлив становятся идентичными. Результатом является полное сгорание вязкого топлива даже в цилиндрах высокооборотных дизелей, и, как следствие, резкое снижение отложения нагаров на деталях, увеличение срока их работы. При содержании воды в эмульсии в количестве (15–40) % дымность отработавших газов снижается в 3–4 раза, концентрация оксидов азота – на (30–50) % [24]. Результаты исследований (рисунок 1. 1) показывают, что примененяемый состав ВТЭ заметно влияет на дымность отработавших газов и концентрацию оксидов азота в них.
Рисунок 1.1 Зависимость дымности отработавших газов (ОГ) Кх , содержания в ОГ оксидов азота СNOx и удельного расхода топлива ge от нагрузки (крутящего момента Me) дизеля BF4M1012C фирмы Deutz, работающего на режиме с n=2100 мин-1 на ВТЭ с различным массовым содержанием воды: 1 – 0% (рекомендуемое ДТ); 2 – 9%; 3 – 18%; 4 – 27%; 5 – 36% [5] Эмульсия в впрыскивалась в камеру сгорания (КС) дизеля BF4M1012C фирмы Deutz штатной системой топливоподачи. На режиме с максимальной нагрузкой перевод дизеля с ДТ на ВТЭ с содержанием воды 36% позволяет снизить дымность ОГ в десять раз, а содержание в ОГ оксидов азота уменьшилось примерно в 2 раза. Наилучшее сочетание показателей работы дизеля по параметрам снижения дымности, концентрации оксидов азота в ОГ и удельного расхода топлива получено при содержании воды в ВТЭ равном 27% и 36%.
Процесс дробления капель эмульсии в КС дизеля, происходящий благодаря разрыву капель кипящими частицами дисперсной среды (воды), получивший название «микровзрывов», оказывает сильное влияние на все процессы, происходящие в ДВС. Именно это дробление капель с их последующим распылением приводит к гомогенизации заряда и улучшает смешивание топлива с воздухом, результатом чего является повышение полноты сгорания топлива и связанное с этим улучшение экономичности двигателей, в том числе отмечается повышение КПД дизеля благодаря лучшему сгоранию и оптимизации процесса тепловыделения [25].
Многочисленные исследования [22-29], где приводится сравнительный анализ работы дизелей на обычном моторном топливе и эмульгированном топливе с различной концентрации воды, показывает, что возможно снизить концентрацию в отработавших газах оксидов азота на 10%-50%, оксида углерода на 20%-50% и дымность ОГ на 35%-50%. Однако следует отметить, что имеющиеся сведения о влиянии присадки воды к топливу на экологические характеристики дизеля неоднозначны. В подавляющем большинстве работ отмечено, что при переводе дизелей на эмульгированное топливо содержание оксидов азота можно снизить до 50 % [30-32]. А, например, попытки фирмы «Зульцер» сократить концентрацию оксидов азота на 20 % оказались неудачными [33]. Влияние воды в топливе на эмиссию с отработавшими газами продуктов неполного сгорания – монооксида углерода СО и углеводородов СНх неоднозначно. Из представленных данных по содержанию в отработавших газах монооксида углерода и несгоревших углеводородов следует, что на различных режимах работы дизеля эмиссия монооксида углерода как уменьшается, так и возрастает [26, 34].
Для оценки возможности улучшения показателей дизеля при использовании ВТЭ проведены экспериментальные исследования дизеля Д-245.12С (4ЧН 11/12,5). Результаты испытаний дизеля Д-245.12С на режимах ВСХ дизеля в диапазоне частот вращения п от 1000 до 2400 мин"1, представленные на рисунке 1.2, свидетельствуют о том, что перевод дизеля с ДТ на ВТЭ не приводит к существенному изменению часового расхода топлива Gт (за исключением режимов с п 1400 мин"1). Но при этом из-за пониженного содержания горючих компонентов (углерода С и водорода Н) в ВТЭ при их использовании мощностные показатели дизеля заметно снижаются. Так, при переводе дизеля с ДТ на эмульсию, содержащую 85 % ДТ и 15 % воды, на режиме максимального крутящего момента при п = 1500 мин"1 крутящий момент Ме снизился от 355 до 305 Н-м, а на режиме максимальной мощности при п = 2400 мин"1 - с 271 до 231 Н-м [5]. Использование ВТЭ позволило снизить дымность ОГ. Так, при переходе от ДТ на эмульсию с содержанием воды СН2О = 15,0% на режиме максимального крутящего момента при «=1500 мин"1 дымность ОГ Кх снизилась от 28,0 до 18,0 % по шкале Хартриджа, а на режиме максимальной мощности при «=2400 мин"1 - от 16,0 до 8,5% по шкале Хартриджа.
Методика расчета влияния применяемой водно-био-топливной эмульсии на процессы смесеобразования и сгорания в ДВС
Применение ВТЭ в значительной мере зависит от возможности получения высокоустойчивых эмульгированных топлив, поэтому большое значение придается выбору эмульгаторов и технических устройств [15, 67].
Приготовление водно-топливных эмульсий можно разделить на две группы: эмульгирование топлива непосредственно на мобильном транспорте, и использование готовой эмульсии, приготовленной в стационарных условиях.
Один из простейших способов получения эмульгированного топлива – увлажнение топливно-воздушной смеси посредством распыления воды в карбюраторном двигателе. Отрицательный момент такого подхода заключается в невозможности получения высокодисперсной топливно-воздушной эмульсии из-за технических ограничений устройства получения эмульсии, встраиваемого в карбюратор транспортного средства. Еще один известный метод насыщения топливно-воздушной смеси парами воды состоит в получении паров воды за счет тепла выхлопных газов. Из недостатков данного подхода можно выделить необходимость использования дорогого высокоэффективного парогенератора, а также достаточно низкие энергетические возможности использования паров воды. Существует также способ впрыскивания воды в цилиндры двигателя транспортного средства во время рабочего хода поршня. Недостаток данного подхода заключается в необходимости использования механизма сложного регулирования подачи воды в двигатель, а также невозможность формирования высокогомогенной топливной смеси. Существует метод насыщения топливной смеси парами воды путем предварительного формирования воздушно-водной смеси, последующего перевода этой смеси в перегретый пар и всасывания во впускной коллектор. Недостатком в данном случае является возможность образования избыточного конденсата во впускном коллекторе, что приводит к нестабильной работе двигателя. Существует метод насыщения молекулами воды воздуха, подаваемого компрессором, с помощью встречных потоков паров воздуха и воды, которые проходят через увлажняющее средство, но данный способ преимущественно применим для систем с турбонаддувом [68].
Анализ литературных источников [69-73] позволяет сделать выводы, что вне зависимости от способа подачи воды: в чистом виде во впускной трубопровод; впрыск воды непосредственно в цилиндр; подача ВТЭ непосредственно в камеру сгорания или во впускной тракт; подача водяного пара в цилиндр или во впускной трубопровод двигателя, общими недостатками приготовления эмульгированного топлива непосредственно на борту транспортного средства являются существенное усложнение топливоподающей аппаратуры и заниженная по сравнению с чистым топливом энергетическая способность.
Технологически более рациональным является заправка транспортного средства топливом, заранее эмульгированным в стационарных условиях. Все способы получения топливных эмульсий как прямого, так и обратного типа, можно разделить на механические, физические и физико-химические, применяются синтетические или природные эмульгаторы. Для получения ВТЭ разработаны и могут быть использованы механические мешалки, коллоидные мельницы, диспергаторы разного типа, барботажные, ультразвуковые и кавитационные установки, а также гомогенизаторы и гидродинамические сирены.
Диспергаторы жидкостей можно разделить на следующие группы: механические - коллоидные мельницы (значительное число которых описано И. М. Эвентовым), механические мешалки, пневматические и паровые барботеры и различные кавитационные устройства [74].
При механическом перемешивании воды и нефтепродуктов – разнополярных жидкостей – с целью приготовления эмульсии применяют высокоскоростные мешалки, сопла, поршневые устройства. Общим недостатком приготовления эмульсии с использованием механических моторов является возможность получения только грубодисперсных эмульсий с диаметром капель порядка 12-18 мкм [74, 75], хотя такие устройства имеют большую производительность и, как правило, менее энергозатратны. Струйные диспергаторы элементарны по конструкции, однако, требуют дополнительного оборудования (шестеренчатые насосы) и многократную обработку для получения высококачественной эмульсии с диаметром капель 2-8 мкм.
Использование метода барботажа водяного пара или газа для получения ВТЭ нецелесообразно, так как с потоком газа и пара в атмосферу выносятся и углеводороды, а получаемые таким образом эмульсии не являются устойчивыми из-за большого диаметра частиц дисперсной фазы и их неравномерного распределения по объему, что приводит к снижению их агрегативной и кинетической устойчивости. Данный способ также достаточно энергозатратен из-за использования компрессоров для барботажа газа [74, 76].
Ультразвуковые и кавитационные установки для производства эмульсий отличаются высокой стоимостью, сложной конструкцией и связанной с этим трудной эксплуатацией, хотя позволяют получать качественные ВТЭ с размерами частиц порядка 5 мкм. В промышленности для приготовления высокодисперсных эмульсий используются ультразвуковые диспергаторы, включающие в себя магнитофрикционные или пьезоэлектрические генераторы-преобразователи. Эмульсии также можно получать с помощью электромагнитных диспергаторов [57, 74], диспергирование жидкостей в которых осуществляется путем турбулентно перемещающихся в переменном магнитном поле электромагнитных частиц.
С помощью диспергатора одной из конфигураций возможно получение эмульсии только заданного распределения частиц дисперсной фазы по размерам [57], причем любая последующая обработка ВТЭ не меняет это распределение, что в свою очередь ведет к неэффективному расходу энергии. Размер капель дисперсной фазы данного способа составляет от 8 до 40 мкм, в свою очередь, при барботаже размер частиц дисперсной фазы до 180 мкм.
Методика определения эксплуатационных свойств водно-биотопливной эмульсии
Важнейшим при производстве водно-топливных эмульсий является разработка технологий и оборудования, позволяющих получить стабильную, гомогенную и мелкодисперсную эмульсию. Существуют различные устройства получения водно-топливных эмульсий: коллоидные мельницы, механические мешалки, барбатажные установки, ультразвуковые и кавитационные установки, гомогенизаторы и тд. Одними из главных критериев, определяющий выбор оборудования для производства водно-топливной эмульсии, является размер дисперсной фазы на выходе из устройства и затраты на производство эмульгированного топлива. Диаметр капель воды в ВТЭ, составляющих дисперсную фазу, для дизельных двигателей должен составлять порядка 1 мкм, чтобы не привести к поломке аппаратуры топливоподачи. В связи с этим представляет особый интерес использование активации молекул в результате перехода атомов на повышенные колебательные уровни или в результате возбуждения электронов, а также освобождение внутренней энергии посредством разрыва (расщепления) молекулярных цепей. Активацию можно вызвать, например, поглощением электромагнитных колебаний от внешнего источника, электрическим разрядом, ультразвуком, разрывом валентных связей механическим способом. Для его реализации служат устройства, которые можно назвать механоактиваторами, так как в них при движении жидкости создается такой гидродинамический режим, при котором молекулы претерпевают разрыв водородных связей и образуются более короткие молекулярные цепи. Мелкодисперсные эмульсии можно получать с помощью роторно-пульсационных аппаратов (РПА). Однако, РПА для производства таких эмульгированных топлив требуют больших энергетических затрат, в силу наличия внешнего источника энергии для вращения ротора, сложности конструкции и большими габаритами по сравнения со смесителями-активаторами (механоактиваторами). Критический анализ известных смесителей – активаторов позволил разработать установку (рисунок 2.2) для приготовления эмульсий с диаметром капель воды около 1 мкм, отвечающую требованиям простоты конструкции и эксплуатации, невысокой стоимости, надежности, имеющей малые затраты энергии при производстве топливных эмульсий. Стадия наиболее энергоемкого процесса для РПА – диспергирования, который осуществляется за счет энергии внешнего источника, приводящего в движение ротор, в смесителе-активаторе обеспечивается за счет механоактивации жидкостей. Основополагающими факторами механоактивации является непосредственное силовое воздействие на молекулярные образования, приводящее к необратимому изменению свойств и состава жидкой среды и запуск процесса самоактивации с выделением внутренней энергии. В соответствии с этим составляющими механоактивации являются механическое воздействие на жидкую среду, приводящее к неупорядоченному состоянию, получившему название «квантового хаоса», ослабление и разрыв межмолекулярных связей и самоорганизация на молекулярном уровне до достижения энергетического равновесного состояния.
При механоактивации затрачиваемая энергия возмещается и дополняется за счет образования новых молекулярных цепей, которые восстанавливают энергетический баланс. Достижение нужных результатов возможно после расчет конструкционных параметров смесителя-активатора, а также скорость прохождения среды через устройство, давление и шероховатость внутренних поверхностей. Разработанный смеситель активатор имеет три последовательно соединённых секции-смесителя с различным принципом действия на обрабатываемую среду. Первая секция работает в переменном фазовом режиме по принципу затопленной струи с образованием волн и вихрей в условиях резонанса за счет соплового входа с тангенциальным вводом и винтовыми элементами. В этой секции происходит ослабление межмолекулярных связей. Вторая секция работает в режиме кавитации с выделением внутренней энергии, позволяющей разрывать межмолекулярные связи. Третья секция имеет пространственную решетку в узловых точках которой происходит накопление энергии с последующей самоорганизацией новой структуры и возникновением цепных реакций. Её функционирование соответствует виртуальным энергетическим сетям Хартмана, а также установленные магниты оказывают воздействие для интенсификации процессов активации и структуризации.
Проведенный анализ работы статического комбинированного смесителя-активатора показывает, что при прохождении обрабатываемой среды через конструкционные элементы установки в жидких средах возникают явления, приводящие к резкому повышению однородности обрабатываемой среды, уменьшению размеров частиц, входящих в состав эмульсии. К основным физическим явлениям, оказывающим наибольший вклад в интенсификацию процессов, относятся механоактивация и кавитация.
Анализ влияния эмульгатора на работу ДВС
Эмульгатор, который используется для стабилизации ВБТЭ, должен оказывать минимальное влияние на рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания, не давать нагар и быть относительно дешевым и доступным. При выборе ПАВ необходимо учитывать следующее, во-первых, эмульгатора в эмульсии должно содержаться минимальное количество: уже 0,5% ПАВ может вызвать усиленное нагарообразование, что приведет к перебоям в работе двигателя, во-вторых, компоненты ПАВ и продукты их распада не должны быть токсичными, и коррозионно-активными. Эти требования усложняют задачу создания эмульгированных топлив и подбор ПАВ.
В результате изучения и анализа известных ПАВ, использующихся для повышения стойкости получаемых топливных эмульсий и благодаря поисковым экспериментальным проработкам, было принято решение для получения ВБТЭ использовать эмульгирующую систему, описанную в патенте Российской Федерации №2365618, МПК С10L 1/32 (2006.1), опубликовано 27.08.2009. Бюл. №24 (обозначим ее как ПАВ 1), и алкенилсукцинимид мочевины «СИМ», произведенный по ТУ 38.1011039-85 (ПАВ 2). Проведем сравнение ПАВ 1 и ПАВ 2 по склонности к образованию нагара и токсичности продуктов распада.
ПАВ 1 включает четыре группы компонентов: анионные ПАВ (в т. ч. алкилсульфаты общей формулы), неионные ПАВ (в т. ч. сорбитанолеат); полиолефины (в т.ч. поли-альфа-олефины); бетаин; нитрированное масло. ПАВ 2 получается конденсацией алкенилянтарный ангидрида с мочевиной. Для выбора оптимальной эмульгирующей системы необходимо оценить влияние ПАВ на образование нагара на днище поршня и на распылителях форсунок; а также оценить влияние изучаемых ПАВ на образование вредных веществ в отработавших газах.
На рисунках 4.1-4.2 приведены результаты испытаний ПАВ 1 и ПАВ 2. Испытания проведены по методике, согласно которой после 50ч работы дизельного двигателя КАМАЗ-740 на ВБТЭ с различным эмульгатором, двигатель разбирался, и оценивалось количество и распределение образовавшегося нагара на днище поршня и распылителе форсунки. Для измерения нагара применялся микрометр Digimatic 293-254-10, имеющий погрешность измерений ±3 мкм.
Таким образом, толщина основной массы нагара на головке блока цилиндров и днище поршня достигала 0,2 мм, при этом оба ПАВ оказывают показывают схожие результаты. Существенное влияние на токсичность отработавших газов оказывают отложения на форсунке, причем эмульгированное топливо с ПАВ 1 имеет на 36% меньший нагар на распылителе форсунки по отношению к ПАВ 2.
Результаты интегральных удельных выбросов токсичных компонентов на режимах 13-ступенчатого цикла с использованием ПАВ 1 и ПАВ 2 для двигателя КАМАЗ – 740 приведены в таблице 4.1.
Таким образом, топливные смеси с ПАВ 1 и ПАВ 2 имеют аналогичные показатели по выбросам оксида углерода и углеводородов, в то же время использование эмульгирующей системы ПАВ 2 приводит к росту выбросов оксидов азота по сравнению с ПАВ 1.
Для эмульгированного топлива одними из главных факторов, влияющих на качество топлива и его возможность применения в ДВС, является дисперсность -степень раздробленности водной фазы, гомогенность, стабильность. Эти параметры влияют на характер сгорания эмульсии, что приводит к изменению экономических и экологических показателей работы двигателя.
На разработанной нами установке были приготовлены экспериментальные партии водно-биотопливной эмульсии с содержанием дизельного топлива 45% и воды 15%, биодизельного топлива и эмульгирующей системы - 39% и 1% соответственно. Качество эмульгированного топлива определяли исходя из распределения капель воды в дисперсионной среде (состоящей из биодизельного и дизельных топлив) по размерам путем обработки и сравнения изображений, полученных на оптическом микроскопе МБС-10 (рисунок 4.3а). Для каждой серии расчётов обрабатывалось 324 капли, и строились гистограммы распределения, вид которой представлен на рисунок 4.4а. Результаты группировались по интервалам размеров диаметра капель. Согласно общепринятым рекомендациям число интервалов, рассчитывалось по формуле: N инт =4N к (4.4) где Nинт - число интервалов, на которые разбивается отрезок между максимальным и минимальным значениями диаметров капель, Nк–общее число капель с измеренным диаметром.
Размер капель воды в эмульгированном топливе оказывает влияние на процессы хранении, горения топлива, а также на срок службы топливоподающей аппаратуры ДВС. Обработка и расчет более 100 микроструктур образцов показывают, что даже после трех месяцев хранения, основной диаметр капель до 3 мкм, при этом капли с диаметром более 6 мкм в эмульгированном топливе практически отсутствуют. На основании результатов исследования построена гистограмма и интегральная кривая распределения по размерам капель, следует отметить, что 90% всех капель дисперсной фазы имеют размер до 3 мкм (рисунок 4.5). Это указывает на высокое качество приготовленной эмульсии и дает основания прогнозировать хорошую стабильность смесевого топлива.
Распределения по размерам капель воды в ВБТЭ через три месяца после ее получения на экспериментальной установке Вязкость полученной водно-биотопливной эмульсии имеет непосредственное влияние на процессы горения топлива в ДВС. Вязкость эмульгированного топлива величина не аддитивная и изменятся в зависимости от градиента скорости, поэтому ее называют кажущейся вязкостью. Главной причиной аномалии вязкости эмульгированного топлива является деформация раздробленных частиц, возникающая в процессе нарастания напряжения сдвига. С увеличением приложенной силы капли воды удлиняются, превращаясь из сфер в эллипсоиды, это затрудняет течение жидкости и приводит к повышению кажущейся вязкости эмульсии.
Вязкость ВТЭ определяется, в первую очередь, вязкостью исходного топлива и количественным содержанием воды, а также температурой, при этом вязкость эмульсии выше вязкости исходного топлива.
Результаты экспериментальных исследований указывают на то, что вязкость водно-биотопливных эмульсий увеличивается с увеличением содержания воды вплоть до того, пока она не обратится из системы «вода в масле» в систему «масло в воде», вязкость которых очень мала. Увеличение вязкости с повышением концентрации в эмульгированном топливе воды связано с увеличением трения между слоями, возникающим благодаря сближению глобул воды. Рост концентрации воды приводит к возрастанию агрегации капель, поскольку с увеличением содержания воды увеличивается число капель, находящихся в близости друг с другом.