авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Разработка нового вида газового моторного топлива на основе легких углеводородов

-- [ Страница 2 ] --

В расчетных смесях содержание этана составило от 0 до 17 % масс. При этом нормировалось максимальное значение ДНП, равное 1,6 МПа изб., при плюс 45 С за счет содержания пропана и бутанов. Как видно из графика на рисунке 3, смесь с содержанием пропана 0 % создает требуемое ДНП (Ризб=0,07 МПа) вплоть до минус 48 С в отличие от чистого пропана, использование которого не допускается ниже минус 30 С.

Рисунок 3. Зависимость давления насыщенных паров

от температуры для расчетных смесей – «этан-пропан-бутан»

Таким образом, можно отметить, что содержание пропана в топливе не является необходимым, и, более того, топливная смесь, состоящая из чистого пропана, сужает температурный диапазон использования ГМТ. Также изучено влияние на ДНП расчетных смесей содержания других компонентов ГМТ.

Рисунок 4. Зависимость давления насыщенных паров

от температуры для расчетных смесей

«метан-этан-пропан-бутан-пентан»

Результаты расчетных исследований (график на рисунке 4) показали положительную тенденцию изменения значений ДНП при низких температурах и увеличении содержания метана до 0,2 % масс. Влияние компонентов группы С5+ на ДНП смеси незначительно при содержании суммы «изо-» и «н-» пентанов до 2 % масс.

В экспериментальных смесях №1-5 (таблица 2), приготовленных на опытном стенде ООО «ВНИИГАЗ», за счет бутановой фракции изменяли содержание этана от 5 до 20 % масс. и пропана от 5 до 30 %.

Таблица 2

Компонентный состав экспериментальных смесей


Компоненты Состав % масс.
Смесь №1 Смесь №2 Смесь №3 Смесь №4 Смесь №5 ПА ПБА
Метан 0,09 0,12 0,1 0,11 0,18 0,11 0,07
Этан 4,98 10,15 14,92 20,85 14,12 1,40 0,50
Пропан 4,92 4,87 5,11 5,07 29,32 90,22 51,12
Изобутан 42,05 37,68 30,18 27,39 24,12 5,96 23,16
н-Бутан 47,16 46,45 49,03 45,85 32,15 2,13 24,71
Изопентан 0,32 0,29 0,17 0,42 0,09 0,11 0,25
н-Пентан 0,48 0,44 0,49 0,31 0,02 0,07 0,19
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100 100

Полученные результаты сравнивались с расчетами, проведенными для классических автомобильных топлив (марок ПА и ПБА по ГОСТ Р 52087-2003). Как видно из графика на рисунке 2, давление насыщенных паров классических образцов топлива (ПА, ПБА) опускается ниже нормируемой планки (0,17 МПа абс.) при температурах ниже минус 30 С и минус 20 С, соответственно.

Смесь №1 имеет диапазон использования такой же, как пропан автомобильный. Смесь №2 удовлетворяет требованиям по ДНП в области температур от минус 40 С до плюс 55 С

Исследуемая смесь №3 удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 52087-2003 по ДНП в более широком диапазоне температур - от минус 50 С до плюс 45 С, и ее использование возможно во всех климатических зонах РФ.

Значение ДНП смеси №4 при минус 55 С составляет 0,18 МПа изб., однако при плюс 45 С ДНП смеси № 4 достигает значения 1,8 МПа изб., и ее использование возможно только в зимний период эксплуатации автомобиля.

Смесь №5 можно использовать при температурах от минус 53 оС до плюс 42 оС; так же, как и для смеси №4, ее использование возможно только в зимний период эксплуатации автомобиля.

Для оценки изменения физико-химических свойств нового топлива в автомобильном баллоне в процессе эксплуатации автомобиля была разработана динамическая модель процессов заполнения и опорожнения автомобильного баллона. Эта модель позволяет определить компонентные расходы системы для каждой фазы, а также ДНП смеси и плотность в указанных выше процессах.

Разработанная модель имеет две составляющие:

  • статическую: расчет составов фаз, их количеств, ДНП смеси и плотностей по заданным температуре и общем составе смеси с использованием уравнения состояния Пател-Тея (с учетом результатов его анализа изложенного в работах С.Д. Барсука, Л.Л. Фишмана и др);
  • динамическую: расчет изменения давления, плотности и состава паровой и жидкой фаз в процессе многократного заполнения и опорожнения автомобильного баллона.

Описание математической модели

Для расчета фазовых равновесий в углеводородных смесях при высоких давлениях было использовано уравнение состояния Пател-Тея (1)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

где , , а, b, c и F – числовые коэффициенты, R – константа, Р – давление, Т – температура.

Это уравнение является обобщающим по отношению к уравнению Соава и Пенга-Робинсона и за счет дополнительного параметра позволяет более точно рассчитывать плотность углеводородов и таких веществ, как вода, гликоли, метанол.

Исходными данными для проведения динамических расчетов являются:

  • объем автомобильного баллона;
  • максимальный объем заполнения баллона;
  • минимальный объем опорожнения баллона;
  • состав сжиженного газа, подаваемого в баллон;
  • температура сжиженного газа.

Описание процесса моделирования

Баллон заполнялся одной из исследуемых смесей (№1-5, таблица 1) до уровня 85 % от фактического объема. Далее согласно модели осуществлялся отбор жидкой фазы порциями (по 1% от объема баллона), при этом рассчитывались фазовые равновесия смеси и выполнялись расчеты ДНП и плотности. После опорожнения баллона производился впрыск исходной смеси в баллон и процесс повторялся. Такой цикл проводился не менее 10 раз. Начальная температура смеси в баллоне поддерживалась постоянной в соответствии с принятой температурой окружающей среды на протяжении 10 циклов «заполнения-опорожнения баллона».

Ниже на рисунке 5 показана зависимость (циклограмма) давления паров в баллоне в процессе опорожнения и заполнения баллона для трех температур плюс 45 С, минус 20 С и минус 35 С для смеси № 3.

 Модельная циклограмма-11

Рисунок 5. Модельная циклограмма изменения ДНП парожидкостной смеси в газовом баллоне в процессе эксплуатации автомобиля для экспериментальной смеси №3

На рисунке 6 представлен график изменения состава жидкой фазы нового вида топлива в указанных процессах при температуре плюс 45 С для смеси №3. Расчетные исследования изменения составов и ДНП в автомобильном баллоне проводились для смесей №1-5, в широком диапазоне температур от минус 55 С до плюс 45 С. В связи с тем, что содержание в новом виде топлива низкокипящих компонентов выше, чем в классических образцах, а амплитуда изменения ДНП при температуре плюс 45 С заметнее, чем при низких температурах, расчеты изменения свойств нового вида топлива приведены при температуре плюс 45 С.

 Зависимость состава жидкой-12

Рисунок 6. Зависимость состава жидкой фазы, отбираемой из автомобильного баллона для экспериментальной смеси №3

при температуре плюс 45 оС

Данные графика 5 также свидетельствуют о том, что на протяжении 10 циклов «заполнения-опорожнения баллона» не наблюдается заметного изменения давления в баллоне. То же самое можно сказать и об изменении отбираемой из баллона жидкости.

На рисунках 7, 8 приведено сравнение плотностей и теплоты сгорания для трех видов газового топлива: расчетных значений классических образцов и нового вида ГМТ.

Как видно из графиков, значения теплоты сгорания и плотности нового вида топлива на 10-12% выше значений классических образцов ГМТ, что свидетельствует о лучших расходных показателях нового вида топлива по сравнению с выпускаемыми в настоящее время аналогами. Расчетным путем были определены концентрационные пределы взрываемости газов в смеси с воздухом при стандартных условиях. Расчеты показали, что для всех экспериментальных и расчетных смесей значения концентрационных пределов взрываемости газов в смеси с воздухом не ниже, чем для классических образцов ГМТ марок ПА и ПБА по ГОСТ 52087-2003.

 Расчетная зависимость-13

Рисунок 7. Расчетная зависимость плотности газовых моторных топлив от температуры

 Расчетная теплота сгорания-14

Рисунок 8. Расчетная теплота сгорания газовых моторных топлив

Для подтверждения адекватности динамической модели фактическим данным на опытном стенде ООО «ВНИИГАЗ» (рисунок 1) были проведены экспериментальные исследования по определению изменений компонентных расходов и давления паров СУГ в баллоне в процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

При проведении стендовых испытаний в качестве образцов топлива использовались:

  • Бензин автомобильный марки Регуляр-92 по ГОСТ Р 51866-2002;
  • СУГ марки ПА по ГОСТ Р 52087-2003;
  • СУГ марки ПБА по ГОСТ Р 52087-2003;
  • Экспериментальные смеси №1-5 (таблица 2).

Результаты сопоставления полученных экспериментальных и расчетных данных представлены на рисунке 9.

Относительная погрешность расчетных данных по сравнению с экспериментальными данными незначительна и составила не более 3-4%.

Рисунок 9. Модельная циклограмма сравнения экспериментальных и расчетных данных изменения давления в баллоне в процессе эксплуатации автомобиля на смесях №1,2,3 при температуре плюс 45 оС

Проведенные исследования нового вида ГМТ на экспериментальном стенде полностью подтвердили расчетные данные, полученные с использованием динамической модели – постоянство ДНП и состава топлива в процессе опытной эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

Результаты испытаний по влиянию состава образцов топлива на топливные характеристики, а также на экологические показатели, такие как содержание в отработавших газах СО, СН, СО2 и О2, приведены в таблицах 3,4.

Таблица 3

Расходные показатели различных видов моторных топлив

Наименование топлива Расход топлива в л/100 км условного пробега
Бензин АИ-92 6,72
Сжиженные газы:
пропан автомобильный 9,5
пропан-бутан автомобильный 8,97
Смесь №1 8,2
Смесь №2 8,33
Смесь №3 8,45
Смесь №4 8,5
Смесь №5 8,34

Таблица 4

Сравнительные показатели экологических характеристик испытанных топлив

Наименование топлива Частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин Содержание в отработавших газах
СО, об.% СН, ррm СО2, об.% О2, об.%.
П* Ф** П Ф
Бензин АИ-92 n min 900 3,5 3,21 1200 325 2,52 9,14
n пов 3000 2 1,92 600 215 0,75 10,1
Сжиженные углеводородные газы:
ПА по ГОСТ Р 52087-2003 n min 900 3 1,70 1000 157 4,17 11,40
n пов 3000 2 0,91 600 198 0,98 10,27
ПБА по ГОСТ Р 52087-2003 n min 900 3 1,98 1000 156 3,82 12,14
n пов 3000 2 1,01 600 178 1,15 11,65
Газовая смесь №1 n min 900 3 1,84 1000 169 3,68 13,80
n пов 3000 2 1,15 600 148 0,96 12,91
Газовая смесь №2 n min 900 3 2,11 1000 134 3,81 12,79
n пов 3000 2 1,01 600 207 1,10 12,98
Газовая смесь №3 n min 900 3 1,85 1000 135 3,82 10,12
n пов 3000 2 0,89 600 153 1,06 11,41
Газовая смесь №4 n min 900 3 2,10 1000 143 3,92 13,58
n пов 3000 2 1,03 600 154 1,26 10,44
Газовая смесь №5 n min 900 3 2,23 1000 175 3,71 12,53
n пов 3000 2 1,07 600 176 1,30 10,74


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.