Обработка дизельного топлива ультразвуковым кавитационным воздействием

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБРАБОТКА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА УЛЬТРАЗВУКОВЫМ КАВИТАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

А.В. Василевский, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт) - РВВДКУ (ВИ)

АННОТАЦИЯ

дизельный автомобильный топливо температура

Работа посвящена повышению качества дизельного топлива при эксплуатации двигателей в условиях низких температур. Существующие химические методы повышения качества топлива, его прокачиваемости и цетанового числа, недостаточно эффективны. Применение физических методов, одним из которых является ультазвуковое кавитационное воздействие, является одним из эффективных способов воздействия на топливо и обеспечивает выполнение возложенных на автомобильную технику задач в суровых климатических условиях при низких температурах окружающей среды.

Ключевые слова: дизельное топливо, кавитация, цетановое число

ANNOTATION

TREATMENT OF DIESEL FUEL TO ULTRASONIC CAVITATION EFFECT

A.V. Vasilevsky, Ryazan higher airborne command school (military Institute) - RVVDKU (МI), Ryazan

The work is devoted to improving the quality of diesel fuel when operating engines in low temperature conditions. The existing chemistry-cal methods to improve fuel quality, of its pumpability, and cetane model numbers, are not effective enough. The use of physical methods, one of which is ultrazvukovoy the cavitation effect is one of the most effective ways of influencing the fuel and ensures you fulfil assigned to motor vehicles of the task in the harsh climate-the political conditions at low ambient temperatures.

Key words: diesel fuel, cavitation, cetane number

Все более жесткие требования предъявляются сейчас к эксплуатационным материалам (бензинам, дизельным топливам, смазочным материалам) в плане повышения качества и экономичного использования [1]. Особое внимание уделяется эксплуатации дизельного топлива в условиях низких температур ввиду его активной парафинизации.

Одно из важнейших требований к качеству дизельного топлива - легкая прокачиваемость при различных температурах окружающей среды [2]. Это качество определяется вязкостью и температурой застывания топлива. Вязкость дизельного топлива зависит от температуры и примерная зависимость приведена в таблице.

Таблица. Зависимость вязкости топлива от температуры

При повышении вязкости дизельное топливо хуже проходит через топливные фильтры, что способствует снижению подачи топлива и падению мощности. Оптимальная вязкость дизельного топлива с точки зрения распыливания и прокачиваемости - 3…8 ммІ/с при 20°С рисунок 1.

Температура застывания определяет условия складского хранения топлива, а температура помутнения и предельная температура фильтруемости условия его применения, в частности низкотемпературные свойства топлива. Исследования показали, что при охлаждении дизельных топлив в первую очередь выпадают парафиновые углеводороды нормального строения. Извлечение парафиновых углеводородов улучшает низкотемпературные свойства топлива с одной стороны, а сдругой стороны снижает цетановое число.

Цетановое число и низкотемпературные свойства топлива - это взаимосвязанные величины: чем лучше низкотемпературные свойства топлива, тем ниже его цетановое число. Так, топлива с температурой застывания ниже -45°С характеризуются цетановым числом около 40.

Хорошие низкотемпературные свойства достигаются несколькими способами: существенным облегчением фракционного состава (температура конца кипения 300-320°С вместо 360°С), проведением депарафинизации топлива (извлечением н-парафиновых углеводородов). При этом во всех случаях снижается цетановое число.

Европейским стандартом на дизельное топливо установлен нижний предел цетанового числа - 48 единиц.

Расчетная формула для определения цетанового числа (ЦЧ) топлива исходя из углеводородного состава [2].

ЦЧ=0,85П+0,1Н-0,2А, (1)

где П,Н,А - содержание соответственно парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов.

Существуют присадки для повышения ЦЧ ДТ - изопропил- или циклогексилнитраты. Они допущены к применению, но их вводят в крайне ограниченных количествах для повышения цетанового числа с 38 до 40, так как при этом понижается температура вспышки, повышается коксуемость топлива.

Одним их эффективных методов интенсификации химико-технологических процессов в жидкостях является кавитационное воздействие на обрабатываемую среду. Кавитация представляет собой средство локальной концентрации энергии низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков [3].

Рис.1 Зависимость вязкости дизельного топлива от температуры

1 - летнее; 2 - зимнее; 3 - арктическое

В ультразвуковом диапазоне наиболее распространены пьезоэлектрические и магнитострикционные генераторы кавитации. В этих электроакустических преобразователях используется прямой магнитострикционный и пьезоэлектрический эффект в переменных магнитных и электрических полях. Диапазон частот возбуждения преобразователей является очень широким (от 8 до 44 кГц и выше). Ультразвуковые колебания от преобразователя передаются к обрабатываемым веществам через специальные трансформирующие и согласующие устройства (концентраторы, пластины и др.), заканчивающиеся излучающей поверхностью.

Принцип действия импульсного электроразрядного излучателя основан на электрогидравлическом эффекте, заключающемся в генерации ударных волн в жидкости при ее пробое. Протекание электрического разряда в жидкости (электрогидравлического удара) вызывает сложный комплекс явлений: ионизацию и разложение молекул в плазме канала и возле него, световое излучение канала разряда, ударные волны, интенсивное ультразвуковое излучение, образование и пульсацию газового пузыря, кавитационные процессы, импульсные магнитные поля.

Кавитация ускоряет диффузию дизельного топлива в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения. Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания топлива на границе топливо-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина. Кавитация разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул, влияет на изменение структурной вязкости, то есть на временный разрыв ван-дер-ваальсовых связей. Под воздействием кавитации большой интенсивности на протяжении длительного времени нарушаются С-С-связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.) и свойств дизельного топлива (вязкости, плотности, температуры вспышки и др.), что обеспечивает его использование при более низких температурах. В процессе импульсной кавитационной обработки топлива энергия, выделяющаяся при схлопывании кавитационных пузырьков, используется для разрыва химических связей между атомами больших молекул углеводородных соединений.

Энергия диссоциации связи C-H колеблется в зависимости от молекулярной массы и структуры молекулы в пределах 322...435 кДж/моль, энергия диссоциации связи С-С - 250...348 кДж/моль. При разрыве связи С-Н от углеводородной молекулы отрывается водород, при разрыве связи С-С углеводородная молекула разрывается на две неравные части. При кавитационной обработке углеводородного сырья происходит деструкция молекул, вызванная микрокрекингом молекул и процессами ионизации.

Кавитационное воздействие на парафиновые углеводороды в дизельном топливе позволяет решить проблему его парафинизации в условиях низких температур. Это становится возможным за счет концентрации энергии в пространстве и во времени, как это происходит при коллапсе кавитационного пузыря.

В условиях низких температур работа машин особенно затруднена, а более 50% территории РФ относится к климатической зоне со среднегодовой температурой января ниже минус 20°С [4].

Ультразвуковая кавитационная обработка дизельного топлива с целью повышения его пусковых и низкотемпературных качеств является одним из эффективных способов воздействия на топливо и обеспечивает выполнение возложенных на автомобильную технику задач в суровых климатических условиях при низких температурах окружающей среды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Милованов, А. В. Топливо и смазочные материалы. Учеб. пособие. Издательство: Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003.- 80 с.- 100 экз.- ISBN 5-8265-0218-5.

2. Анисимов, И. Г. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов и др.; Под ред. В.А. Школьникова. Изд. 2-е перераб. и доп. -М.: Издательский центр «Техинформ», 1999.- 596 с.: ил.-10000 экз. - ISBN 5-89551-006-X.

3. Пирсол, И. Кавитация. Пер. с англ. Ю.Ф. Журавлева. Ред., предисл. и дополн. Л.А. Эпштейна. М., «Мир», 1975. 95 с.: илл. (В мире науки и техники).

4. Подчинок, В. М. Эксплуатация военной автомобильной техники.- Рязань, Рус. Слово, 2006.-696 с.-1500 экз. - ISBN 5-89877-121-2.

Размещено на Allbest.ru