ВПЛИВ НА ПОКАЗНИКИ ПОРШНЕВИХ ДВИГУНІВ БІОКОМПОНЕНТІВ ТА НАНОМАТЕРІАЛІВ РІЗНОГО ТИПУ
DOI:
https://doi.org/10.20998/0419-8719.2021.2.02Ключові слова:
біопаливо, токсичність, складні ефіри, рослинні оліїАнотація
Очевидна вичерпність енергетичних ресурсів планети спонукає до постійних пошуків нових джерел енергії та заощадливого їх використання. Основний перетворювач енергії – ДВЗ всупереч прогнозам залишається на лідируючих позиціях, тому питання удосконалення його робочих процесів, покращення показників токсичності, скорочення споживання палив із викопної сировини та можливість використання альтернативних палив, підвищення якості моторних палив залишаються у розгляді усього енергетичного світу. У цьому контексті поширеного розвитку досягає концепція використання наночастинок з підвищеними енергетичними властивостями. Покращення показників двигуна, що працює на штатному нафтовому та сумішевих моторних паливах, диспергованих наноматеріалами різного типу, не підлягає сумнівам. В статті наводиться аналіз сучасних досліджень впливу біодизельних палив на експлуатаційні показники двигунів та аналіз результатів впровадження практики модифікації нафтового та біопалива наноприсадками у якості потенційного енергоносія. Представлені результати виконаного в лабораторії ІПМаш НАН України дослідження показників дизельного двигуна 1Ч 8.5/11, при його роботі на штатному дизельному паливі, диспергованому вуглецевими сфероїдальними нанодобавками різної концентрації, та деякі порівняльні результати досліджень показників дизельних двигунів з прямим впорскуванням 2Ч 10,5/12 та 4ЧН 7,9/7,5 ALH, що працювали на штатному та сумішевих паливах з біокомпонентами, синтезованими із ріпакової, соняшникової, гірчичної та кукурудзяної олій. Теплофізичні властивості палива (теплота згоряння, теплопровідність, теплоємність, густина, кінематична в’язкість, конвективна теплопередача, температура займання, метанове число) у разі введення в нього наночастинок отримують значні зміни. Оптимальна кількість наночастинок металів, оксидів металів, вуглецевих трубок и графена в мінеральному, біологічному, або сумішевому паливі сприяє більш повному згорянню, значному покращенню економічних характеристик двигуна та зниженню рівня шкідливих викидів з відпрацьованими газами.
Посилання
Peng D. Exhaust emission characteristics of various types of biofuels/ D. Peng // Advances in Mechanical Engineering. – 2015. – № 7 (7). – рр. 1–7. doi.org/10.1177/1687814015593036.
Shah A.P. Performance, Emission and Combustion Analysis of Biodiesel Extracted from Acidic oil: A By-product of Soybean Oil Refining Process / A.P. Shah // AMSE JOURNALS-AMSE IIETA publication-2017-Series: Modelling C. – 2017. – Vol. 78. – N°3. – pp. 337 – 350. doi.org/10.18280/mmc_c.780306.
Chaudhary, A., Panchal, S.H., Surana, A. et al. Performance, emission and combustion characteristics of various biodiesel blends /A. Chaudhary, S. Panchal, A. Surana, et al. // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2021. doi.org/10.1007/s10973-021-10642-4.
Puzun A., Wanchen S., Guoliang L. Characteristics of particle size distributions about emissions in a common-rail diesel engine with biodiesel blends / A. Puzun, S.Wanchen, L. Guoliang // Procedia Environmental Sciences. – 2011. – №11. – Part (C). – рр. 1371–1378. doi.org/10.1016/j.proenv.2011.12.206.
Ramadhas A., Jayaraj S., Muraleedharan C. Use of Vegetable Oils as I.C. Engine Fuels: A Review / A. Ramadhas, S. Jayaraj, C. Muraleedharan // Renewable Energy. –2004. – Vol. 29.– №. 5.– pp. 727–742. doi:10.1016/j.renene.2003.09.
Murugesan A., Umarani C., Subramanian R. et al. Bio-diesel as an alternative fuel for diesel engines – А review / A. Murugesan, C. Umarani, R. Subramanian et al.// Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2009. – № 13(3). – рр. 653–662. DOI:10.1016/j.rser.2007.10.007.
Jinlin X., Tony E., Alan Н. Effect of biodiesel on engine performances and emissions /Jinlin X., Tony E., Alan C. //Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2011. – 15(2). – рр. 1098–1116. DOI:10.1016/j.rser.2010.11.016.
Chiatti G., Chiavola O., Recco E. Effect of Waste Cooking Oil Biodiesel Blends on Performance and Emissions from a CRDI Diesel Engine / G. Chiatti, O. Chiavola, E. Recco //Improvement Trends for Internal Combustion Engine. – 2017. – рр. 20–36. doi.org/10.5772/intechopen.69740.
EL-Kasaby M., Nemit-Allah M. Experimental Investigations of Ignition Delay Period and Performance of a Diesel Engine Operated with Jatropha Oil Biodiesel / M.EL-Kasaby, M. Nemit-Allah //. Alexandria Eng. J. – 2013. – № 52. – рр. 141–149. https://doi.org/10.1016/j.aej.2012.12.006.
S. Park , H. Kim, B.Choi Emission characteristics of exhaust gases and nanoparticles from a diesel engine with biodiesel-diesel blended fuel (BD20) / S. Park , H. Kim, B.Choi // Journal of Mechanical Science and Technology . –2009.– № 23(9). – рр. 2555–2564. DOI:10.1007/s12206-009-0704-x.
Koc A. B., Abdullah M. Performance and NOx Emissions of a Diesel Engine Fueled with Biodiesel–Diesel–Water Nano Emulsions/ A. B. Koc, M. Abdullah // Fuel Process. Technol. –2013. – № 109. – рр. 70–77. doi.org/10.1016/j.fuproc.2012.
039.
Patrylak L. K., Okhrimenko M.V., Levterov A. M. Engine performance and emission of biodiesel fuel prepared from different Ukrainian natural oils / L. K. Patrylak, M. V. Okhrimenko, A. M. Levterov // Chemical Papers. – 2019. – Vol. 73. – pp. 1823–1832. doi:10.1007/s11696-019-00755-4.
Konovalov S., Patrylak L., Zubenko S., , Alkalisyn the sisoffattyacid butyl and ethylesters and comparative bench motor testing of blended fuels on their basis / S. Konovalov, L. Patrylak, S. Zubenko // Chemistry and chemical technology. – 2021. – Vol. 15. – № 1. – рp. 105–117. doi.org/10.23939/chcht15.01.105.
Levterov A.M., Levterov A.A. Thermodynamic properties of fatty acid esters in some biodiesel fuels /Levterov A.M., Levterov A.A. // Functional Materials. – 2018. – Vol. 25 – №. 2. – pp. 308-312. doi.org/10.15407/fm25.02.308.
Fangsuwannarak Karoon, Triratanasirichai Kittichai Effect of Metalloid Compound and Bio-Solution Additives on Biodiesel Engine Performance and Exhaust Emissions/ Karoon Fangsuwannarak, Kittichai Triratanasirichai // American Journal of Applied Sciences. – 2013. – №10 (10). – рр. 1201-1213. DOI:10.3844/ajassp.2013.1201.1213.
Bertola A., Li R., Boulouchos K. Influence of water-diesel fuel emulsions and EGR on combustion and exhaust emissions of heavy duty DI-diesel engines equipped with common-rail injection system / A. Bertola, R. Li, K. Boulouchos // SAE Technical Paper 2003-01-3146, 2003. https://doi.org/10.4271/2003-01-3146.
Jung H., Kittelson D. B., Zachariah M. R. The influence of a cerium additive on ultrafine diesel particle emissions and kinetics of oxidation /H. Jung, D. B. Kittelson, M. R. Zachariah // Combust Flame. – 2005. – Vol.142(3). – рр. 276–288. doi.org/10.1016/j.combustflame.2004.11.015.
Zarschler K., Rocks L. et al. Ultrasmall inorganic nanoparticles: State-of-the-art and perspectives for biomedical applications / K. Zarschler, L. Rocks et al. // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. – 2016. –Vol. 12(6). – рр. 1663–1701. https://doi.org/10.1016/j.nano.2016.02.019.
Yetter R.A., Risha G.A., Son, S.F. Metal particle Combustion and Nanotechnology/ R.A. Yetter, G.A. Risha, S.F. Son// Proceedings of the Combustion Institute. – 2009. – № 32(2). – pp. 1819–1838. https://doi.org/10.1016/j.proci.2008.08.013.
Kuo, K.K., Risha, G.A., Evans, B.J., Boyer, E. Potential Usage of Energetic Nano-sized Powders for Combustion and Rocket Propulsion / K.K. Kuo, G.A. Risha, B.J. Evans, E. Boyer // MRS Online Proceedings Library (OPL). –2003. – Vol. – 800. – рр. 39 – 50. DOI: https://doi.org/10.1557/PROC-800-AA1.1.
Наноматериалы: технологии и материаловедение: Обзор / Г.П. Ковтун, А.А. Веревкин.// Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010. – 73 с.
Андриевский Р.А., Глезер A.M. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. I. Особенности структуры. Термодинамика. Фазовые равновесия. Кинетические явления / Р.А. Андриевский, A.M. Глезер // ФММ. – 1999. – т. 88. – № 1. – С. 50-73.
Yanan Gan, Li Qiao Combustion characteristics of fuel droplets with addition of nano and micron-sized aluminum particles / Gan Yanan, Qiao Li //Combustion and Flame. – 2011. – Vol. 158(2) – pp. 354–368. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.09.005.
Eastman J., Choi S. Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles / J. Eastman, S. Choi // Applied Physics Letters. – 2001. – Vol. 78. – №. 6. – рр. 718 –720. https://doi.org/10.1063/1.1341218.
Xinwei Wang, Xianfan Xu, S. Choi/ Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture// Journal of thermophysics and heat transfer. – 1999. – Vol. 13. – №. 4. – рр. 474 – 481.
Putnam S. A., Cahill D. G Thermal Conductivity of Nanoparticle Suspensions / S. A. Putnam, D. G Cahill // Journal of Applied Physics. – 2006. – Vol. 99. – №8. – рр. 1–6. https://doi.org/10.1063/1.2189933.
Khan S., Dewang Y. Nanoparticles as fuel additive for improving performance and reducing exhaust emissions of internal combustion engines /S. Khan, Y. Dewang // International Journal of Environmental Analytical Chemistry. – 2020. DOI: 10.1080/03067319.2020.1722810.
Khan S., Dewang Y., Raghuwansh., J. Nanoparticles Exceptional Properties: Applications in Internal Combustion Engines / S. Khan, Y. Dewang, J. Raghuwansh // AIP Conference Proceedings. – 2019. – Vol. 2100 (1). – 020146–3. https://doi.org/10.1063/1.5098700.
Coca N. As Palm Oil for Biofuel Rises in Southeast Asia, Tropical Ecosystems Shrink / N. Coca // Chinadialogue China:Beijing. – 2020. – https://chinadialogue.net/en/energy/11957-as-palm-oil-for-biofuel-rises-in-southeast-asia-tropical-ecosystems-shrink/.
Hugo Valin (IIASA), Daan Peters (Ecofys), Maarten Berg (E4tech) et al. The land use change impact of biofuels consumed in the EU. Quantification of area and greenhouse gas impacts / Valin Hugo, Peters Daan, Berg Maarten et al. // ECOFYS Netherlands B.V. – A cooperation of Ecofys, IIASA and E4tech. –2015. – 261 р.
Pandey A., Nandgaonkar M., Pandey U., Suresh S., et al., (2018). The effect of cerium oxide nanoparticles fuel additive on performance and emission of Karanja biodiesel fueled compression ignition military 585kW heavy duty diesel engine / Pandey A., Nandgaonkar M., Pandey U., Suresh S., et al. // SAE Technical Paper. – 2018. – 2018-01-1818. https://doi.org/10.4271/2018-01-1818 .
Pandey A., Nandgaonkar M., Pandey U., Suresh S., et al., Comparison and Evaluation of Engine Wear, Performance, NOx Reduction and Nano Particle Emission of Diesel, Karanja and Jatropha Oil Methyl Ester Biodiesel in a Military720 kW, heavy duty CIDI Engine Applying EGR with Turbo Charging / A. Pandey, M. Nandgaonkar, U. Pandey, S. Suresh, et al. // SAE Technical Paper. – 2020. – 2020-01-0618. https://doi.org/10.4271/2020-01-0618.
Arockiasamy P., Anand R. B. Performance, Combustion and Emission Characteristics of a D.I. Diesel Engine Fuelled with Nanoparticle Blended Jatropha Biodiesel / P. Arockiasamy, R. B. Anand //Periodica Polytechnica, Mechanical Engineering. –2015. – Vol. 59 (2). – рр. 88–93. doi.org/10.3311/PPme.7766.
Edam M. S., Al –Dawody M. F. Effect of Nano Fuel Additives on the Characteristics of Diesel Engine Fed with Biodiesel Blended Fuel / M. S. Edam , M. F. Al – Dawody // Journal of University of Babylon for Engineering Sciences . – 2019. – Vol. 27. – №. 4. – pp. 124 – 141.
Ajin C. Sajeevan, V. Sajith Diesel Engine Emission Reduction Using Catalytic Nanoparticles: An Experimental Investigation / C. Ajin, V. Sajeevan // Journal of Engineering. – 2013. – Article ID 589382. – 9 p.. http://dx.doi.org/10.1155/2013/589382.
Prakash R., Murugesan A., Kumaravel A. Influence of Nano Fuel Additives to Control Environmental Pollution from Naturally Aspirated Di-Ci Engine / R. Prakash, A. Murugesan, A. Kumaravel // Bull. Sci. Res. – 2019. – Vol 1. – Iss 2. – рр. – 45–54. DOI:10.34256/bsr1926.
Gad M. S., Abdel Razek S. M., Manu P.V., Jayara S. Experimental investigations on diesel engine using alumina nanoparticle fuel additive / M. S Gad, S. M Abdel Razek, PV Manu, S. Jayara // Advances in Mechanical Engineering. – 2021. – Vol. 13 (2). – рр. 1–16. DOI: 10.1177/1687814020988402.
Ramesh Babu K., Bharathi Raja R. Ttheoretical and experimental validation of performance and emission characteristics of nanoadditive blended diesel engine / K. Ramesh Babu, R. Bharathi Raja // International journal of research in aeronautical and mechanical engineering. – 2015. – Vol. 3. – Issue. 5. – рр. 18–31. 39. Gad M. S., Khaled Ahmed Ali Yehia, Abdelhakeem A.A. Effect of multi carbon nanosheet on diesel engine performance and emissions / M. S. Gad, Khaled Ahmed Ali Yehia, A.A. Abdelhakeem // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. – 2018. –Vol. 26 (11). – рр. 722–728. https://doi.org/10.1080/1536383X.2018.1485660.
Basha Sadhik J., Anand R.B. Performance, emission and combustion characteristics of a diesel engine using carbon nanotubes blended jatropha methyl ester emulsions / J. Sadhik Basha, R.B. Anand // Alexandria Engineering Journal. –2014. – Vol. 53.–Is. 2. – рр. 259–273. https://doi.org/10.1016/j.aej.2014.04.001.
Bhagwat V.A., Pawar C., Banapurmath N.R. Graphene Nanoparticle - Biodiesel Blended Diesel Engine / V. A. Bhagwat, C. Pawar, N. R. Banapurmath // International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). – 2015. –, Vol. 4. – Is. 02. – рр. 75–78. ISSN: 2278-0181.
Gavhane R. S., Kate A. M., Pawar A. et al., Effect of Zinc Oxide Nano-Additives and Soybean Biodiesel at Varying Loads and Compression Ratios on VCR Diesel Engine Characteristics / R. S. Gavhane, A. M. Kate, A. Pawar et al. // Journals Symmetry. – 2020. –Vol. 12(6). – рр. 1042–1073. doi:10.3390/sym1206104.
Hurmathulla Khan, Manzoore Elahi M. Soudagar, Rajagopal Harish Kumar et al., Effect of Nano-Graphene Oxide and n-Butanol Fuel Additives Blended with Diesel-Nigella sativa Biodiesel Fuel Emulsion on Diesel Engine Characteristics / Hurmathulla Khan, Manzoore Elahi M. Soudagar, Rajagopal Harish Kumar et al.// Symmetry. – 2020. – 12 (6). – рр. 961–988. doi:10.3390/sym12060961.
Soukht Saraee H. , Jafarmadar S., Taghavifar H., Ashrafi S. J. Reduction of emissions and fuel consumption in a compression ignition engine using nanoparticles / H. Soukht Saraee, S. Jafarmadar, H. Taghavifar, S. J. Ashrafi // Int. J. Environ. Sci. Technol. –2015. – Vol. 12 (7). – рр. 2245–2252. DOI:10.1007/s13762-015-0759-4.
Banapurmath N.R., Radhakrishnan Sankaran, Tumbal A.V., Narasimhalu T. N Experimental investigation on direct injection diesel engine fuelled with graphene, silver and multiwalled carbon nanotubes-biodiesel blended fuels /N. R. Banapurmath, Sankaran Radhakrishnan, A.V. Tumbal, T. N Narasimhalu // International Journal of Automotive Engineering and Technologies. –2014. – Vol. 3 (4). – pp. 129 – 138. DOI:10.18245/ijaet.59113.
Полункін Є.В., Пилявський В.С., Березницький Я.О. та ін. Покращення хіммотологічних властивостей дизельного палива мікродобавкою вуглецевих сфероїдальних наночасток / . Є.В. Полункін, В.С. Пилявський, Я.О. Березницький та ін. //Каталіз та нафтохімія. – 2020. – № 29. – С.– 59–65. doi.org/10.15407/kataliz2020.29.059
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Двигуни внутрішнього згоряння
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
