автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Улучшение экологических и экономических показателей дизеля за счет изменения структуры водо-топливной эмульсии

На правах рукописи

005047344

Али Махмуд Али Аттия

УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЯ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ВОДО-ТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 7 СЕН 2012

Владимир — 2012

005047344

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» (ФГОУ ВПО ВлГУ) на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки» (ТД и ЭУ).

Научный руководитель: Кульчицкий Алексей Рэмович, доктор технических

наук, профессор кафедры ТД и ЭУ ФГОУ ВПО ВлГУ, старший научный сотрудник, заслуженный машиностроитель РФ

Официальные оппоненты: Девянин Сергей Николаевич, доктор технических

наук, профессор, заведующий кафедрой тракторов и автомобилей Московского государственного агроин-женерного университета им. В.П. Горячкина (г. Москва)

Драгомиров Михаил Сергеевич, кандидат технических наук, начальник бюро перспективных разработок и исследований ОАО «Научно-исследовательский про-ектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения» (ОАО «НИПТИЭМ», г. Владимир)

Ведущая организация: Российский университет дружбы народов (РУДН,

г. Москва)

Защита диссертации состоится « 16 » октября 2012 г. в 14 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.025.02 при ФГОУ ВПО ВлГУ по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, корпус 1, ауд. 335-1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО ВлГУ по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, корпус 1. Автореферат размещён на сайтах ВАК РФ (http://vak.ed.gov.ru) и ФГОУ ВПО ВлГУ (www.vlsu.ru) «13» сентября 2012.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес учёного секретаря диссертационного совета, тел.: 8(4922)53-34-97; факс: 8(4922)36-19-81; E-mail: bagenovyv@mail.ru.

Автореферат разослан «13» сентября 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, профессор ^лаД Баженов Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. В настоящее время проблемы потребления невозобновляемых энергоресурсов и загрязнения окружающей среды выбросами вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами (ОГ) поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются одними из наиболее актуальных. Их решение возможно либо за счёт совершенствования рабочего процесса двигателя, либо за счёт нейтрализации ВВ, находящихся в ОГ, либо за счёт применения альтернативных топлив. При этом и в последнем случае также необходимы исследования по улучшению рабочего процесса, который десятилетиями отрабатывался с учётом применения традиционных топлив. Но в любом случае сложность решения указанных проблем определяется необходимостью нахождения компромисса между топливной экономичностью и выбросами продуктов неполного сгорания (оксида углерода СО, суммарных углеводородов С„Нт и дисперсных частиц РМ), с одной стороны, и эмиссией оксидов азота N0«, с другой.

Один из способов изменения физико-химических свойств топлив — добавление воды в топливо, что приводит к созданию водо-топливной эмульсии (ВТЭ). Преимущество этого вида топлива заключается в широкой доступности воды, в отличие от многих альтернативных топлив, которые, к тому же, либо крайне ядовиты (например, топлива на основе метила), либо требуют больших затрат времени на их получение (например, на выращивание твердых видов биотоплив и их дальнейшую переработку). Сложностью является тот факт, что вода и лёгкие топлива (дизельное, керосин, бензин) не смешиваются между собой — при смешивании происходит их быстрое расслоение.

В работах, посвящённых применению ВТЭ, их основной характеристикой является процентное содержание воды в эмульсии. При этом сами эмульсии получают совершенно различными путями: как предварительно, так и непосредственно на двигателе, с применением эмульгаторов (стабилизаторов, препятствующих расслоению ВТЭ) и без них, с помощью механических, акустических и фазо-инвертирующих способов.

Однако анализ результатов многих испытаний, связанных с применением ВТЭ в различных видах поршневых ДВС, показал недостаточно высокую степень их воспроизводимости по критериям топливной экономичности и эмиссии ВВ с ОГ. Это указывает на наличие факторов, которые не учитываются при использовании ВТЭ, что, в свою очередь, препятствует их широкому применению. Одним из таких возможных факторов может быть структура ВТЭ — характер распределения капель воды в эмульсии по размерам, что будет определять, в частности, степень однородности эмульсии и оказывать влияние на её физи-

3

ческие параметры, а также средний размер капель воды в эмульсии, что будет определять площадь контакта воды и топлива и характеризовать интенсивность испарения воды при нагреве, т.е. влиять на процессы макросмешения ВТЭ с окислителем и термохимические показатели процесса её горения.

Актуальность решения указанной проблемы определила выбор темы, обоснование объекта, предмета, цели и задач диссертационного исследования.

Цель работы: разработка методики получения водо-топливной эмульсии с заданной структурой для улучшения экологических и экономических показателей дизеля.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

• анализ методов приготовления эмульсий с оценкой их энергоэффективности и выбор метода, обеспечивающего высокую степень однородности эмульсии и воспроизводимость структуры; анализ эффективности различных видов эмульгаторов для приготовления ВТЭ и условий их применения;

• разработка методики и создание установки приготовления эмульсии;

• проведение теоретических и экспериментальных лабораторных исследований свойств получаемых ВТЭ и их структуры; анализ влияния структуры получаемых эмульсий на их характеристики горения;

• проведение исследований по определению влияния структуры ВТЭ на мощностно-экономические и экологические показатели дизеля;

• разработка рекомендаций по технологии приготовления ВТЭ с высокой степенью однородности и их применению в поршневых ДВС.

Объект работы: процесс сгорания водо-топливной эмульсии в дизеле.

Предмет исследований: исследование влияния структуры ВТЭ на её физические характеристики и на экологические показатели процесса горения ВТЭ в условиях преимущественно диффузионного режима горения, характерного для дизелей.

Методика и методы исследований. Методика исследований предусматривает сочетание теоретических и экспериментальных методов. С помощью теоретических методов рассмотрено влияние долевого содержания воды на свойства ВТЭ, проведен расчет состава продуктов сгорания при горении ВТЭ, определены закономерности процесса мембранного эмульгирования.

Экспериментальная часть включает:

• приготовление ВТЭ; установка реализует принцип мембранного эмульгирования (создана на ЗАО «Владисарт», г. Владимир); структура эмульсии, средний размер капель воды и их распределение по размерам измерены с помощью анализатора размеров частиц НопЬа ЬВ-550 (Япония) (проведено на кафедре экологии ВлГУ) и оптического микроскопа МИКРОМЕД 3 Вар 3-20

с видеоокуляром ОСМ-5Ю (КНР) (проведено на кафедре биологии и почвоведения ВлГУ);

• исследование влияния долевого содержания воды на физические параметры ВТЭ и экологические показатели процесса горения ВТЭ; оценка склонности ВТЭ к сажеобразованию выполнена в соответствии с ГОСТ 4338-91 и ГОСТ Р 53718-2009 с помощью фитильной лампы (проведено на кафедре ТД и ЭУ ВлГУ);

• исследование влияния структуры ВТЭ на экономические и экологические показатели ДВС проведено на моторном стенде (в ООО «Владимирский моторо-тракторный завод») в соответствии с ГОСТ Р41.96-2005 (Правила ЕЭК ООН №. 96-01) и ГОСТ 18509-88.

Достоверность и обоснованность результатов работы определяются большим объёмом аналитических и экспериментальных исследований, применением стандартизованных методов испытаний, использованием современных поверенных средств измерений, применением фундаментальных положений теории течения жидкости, воспроизводимостью состава ВТЭ при мембранном эмульгировании, совпадением результатов расчётных и экспериментальных исследований свойств эмульсий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• исследован характер воздействия структуры водо-топливной эмульсии на экономические и экологические показатели дизеля;

• вьивлена степень влияния содержания воды в ВТЭ на её склонность к сажеобразованию при диффузионном горении, характерном для дизелей;

• получены данные о влиянии структуры капель воды в эмульсии на вязкость ВТЭ;

• показана перспективность метода мембранного эмульгирования для приготовления ВТЭ с высокой степенью однородности для использования в дизеле.

Основные результаты, полученные лично соискателем:

• проведена оценка экономических и экологических показателей дизеля ЗЧН10.5/12 при работе на ВТЭ с различной структурой;

• исследована зависимость максимальной высоты некоптящего пламени (МВНП) ВТЭ от содержания воды в условиях диффузионного горения, характерного для дизелей;

• получены данные о предельно приемлемом содержании воды в ВТЭ для условий её применения в дизеле;

• оценено влияние содержания воды в эмульсии и структуры эмульсии на её вязкость;

• разработана методика применения смесевого эмульгатора для обеспечения стабильности эмульсии;

• разработана технология получения эмульсии с заданной структурой методом мембранного эмульгирования;

• проведена сравнительная оценка различных методов получения эмульсий по величине энергозатрат.

Практическая ценность исследований заключается:

• в разработанной методике и технологии приготовления эмульсии на основе мембран, обеспечивающих приготовление однородных стабильных эмульсий воды в топливе с заранее заданной структурой;

• рекомендациях по улучшению экономических и экологических показателей дизеля при работе на ВТЭ.

Реализация результатов работы. Работа проводилась на кафедрах ТД и ЭУ, «Биология и почвоведение» и «Экология» ВлГУ, в ЗАО «Владисарт» (г. Владимир) и ООО «ВМТЗ» (г. Владимир). Результаты исследований внедрены на ЗАО «Владисарт», а также используются в учебном процессе кафедры ТД и ЭУ ВлГУ.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждены и одобрены:

• на заседаниях кафедры ТД и ЭУ ВлГУ в 2009 - 2012 гг.;

• XII Международной научно-практической конференции в ВлГУ, 29 — 30 июня 2010 г.;

• международных конференциях в Каунасском сельскохозяйственном институте (г. Каунас, Литва) в 2010 и 2012 гг.;

• конференции, посвященной Дням науки студентов и аспирантов ВлГУ в 2012 г.;

• технических советах ООО «ВМТЗ» (г. Владимир) в 2011 и 2012 гг.;

• технических советах ЗАО «Владисарт» (г. Владимир) в 2011 и 2012 гг. Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 6 в

изданиях, рекомендованных ВАК, из которых 3 — в зарубежных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы составляет 133 страницы, в том числе 106 страниц основного текста, содержащего 64 рисунка и 18 таблиц. Список литературы включает 184 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи, перечислены методы исследования, приведены положения научной новизны.

Первая глава посвящена анализу опубликованных работ по теме диссертации. Рассмотрены современные нормативные требования к экологическому уровню дизелей в России и за рубежом. Приведена информация о способах снижения эмиссии ВВ с ОГ дизелей для достижения современных норм; особое внимание уделено методам улучшения рабочего процесса изменением физико-химических свойств рабочей смеси в цилиндре дизеля. Проанализированы влияние изменения физико-химических свойств традиционного ДТ на образование ВВ в дизелях и проблемы, возникающие при использовании альтернативных топлив. К числу последних относятся и ВТЭ, которые, в отличие от многих альтернативных топлив, обеспечивают одновременное улучшение как экономических, так и экологических показателей поршневых ДВС. Для дизелей, отличающихся преимущественно диффузионным режимом горения топлива, вода в топливе играет роль регулятора структуры диффузионного факела предварительно неперемешанных компонентов углеводородного горючего и окислителя, приводя к росту значения локального коэффициента избытка воздуха и снижению локальных температур. Более того, вода, попадая в сверхкритичные условия в камере сгорания дизеля, превращается в пар за счёт процесса кипения, в отличие от процесса испарения ДТ. Таким образом, существует большая возможность возникновения принудительного разбивания ДТ в каплях эмульсии на мелкие частицы за счет «микровзрывов», что приводит к повышению скорости испарения ДТ по сравнению с безводным топливом (так называемое вторичное испарение).

В этой главе также проанализированы различные методы приготовления эмульсий и обосновано применение метода мембранного эмульгирования по причинам: 1) меньших затрат энергии, 2) меньшего необходимого напряжения сдвига при деформации жидкости и 3) большей вероятности приготовления однородной эмульсии.

Исследованию воздействия ВТЭ на процесс сгорания разных топлив и на показатели двигателей посвящены работы ряда российских и зарубежных учёных, таких как Горячкин А. В., Даншиков В. В., Ильин А. К., Исаков А. Я., Кондратьев Е. Н., Кормипицын В. И., Кустов М. В., Лебедев О. Н., Мироненко И. Г., Новиков J1. А., Патров Ф. В., Скогарев В. Г., Ценев В. А., Цырфа A. A., Abu-Zaid M., Armas О., Cárdenas D., Fu W. В., Hountalas D., Kadota T., Leung P., Maria R. В., Morozumi Y., Nakashima M., Saito Y., Tajima H., Takasaki K., Toncu D. С., Yoshimoto Y. и др., a вопросам применения мембранного эмульгирования при приготовлении эмульсии посвящены работы Седышева С. A., Arnaud С., Charcosset С., Cheng C.-J., Chu L.-Y., Fessi H., Giorgi M.-L., Isambert A., Lambrich U., Lepercq-Bost E., Limayem I., Schubert H., Silvestre de los Reyes, Vladisavljevic G. T., Xie R. и др.

На основании проведённого анализа сформулированы цель работы и задачи исследования.

Вторая глава посвящена теоретическому анализу метода мембранного эмульгирования, расчету состава продуктов сгорания при горении ВТЭ, исследованию изменения физико-химических свойств эмульсии в зависимости от содержания воды. Для расчетных исследований использована программа EES — Engineering Equation Solver (www.fchart.com).

Общие параметры, влияющие на процесс приготовления эмульсии методом мембранного эмульгирования, зависят от мембранных свойств (размера пор, степени пористости и угла контакта дисперсной фазы с поверхностью мембраны), рабочих параметров (трансмембранного давления и скорости течения дисперсной среды) и характеристик компонентов эмульсии (дисперсной фазы,

Сочетание этих параметров определяет закономерности мембранного эмульгирования. Например, в случае использования трубчатой мембраны внутренним диаметром 6 мм, длиной 0,22 м, диаметром пор 0,45 мкм и пористостью 50 % при межфазном натяжении 10 мН/м в режиме ламинарного течения воды через поры мембраны получены следующие данные (рис. 1).

При постоянном расходе воды увеличение скорости потока топлива приводит к значительному снижению среднего размера капель воды вследствие более быстрого отделения образуемых капель в результате роста величины напряжения сдвига tw на стенке мембраны (на рис. 1 не показано). В то же время для указанных данных безразмерное капиллярное число Со = fJ-Vjy, представляющее собой отношение вязкости к капиллярным силам, повышается в результате увеличения скорости потока топлива (рис. 2). А увеличение расхода воды оказывает сильное влияние на рост содержания воды и незначительное влияние на ожидаемый размер капель dK, определяемый по уравнению

dk

где dp — диаметр пор мембраны, мкм; кс = 1,7 — постоянная величина иг, - напряжение сдвига на стенке мембраны, вызванное дисперсной средой (топливом) при течении топлива через трубчатую мембрану длиной 1т\

К =pV?dJ($lm).

дисперсной среды и эмульгатора).

1000 .5000 9000 13000

Рис. 1. Изменение долевого содержания воды Св и размера образуемых капель (1к в зависимости от числа Рейнольдса топлива Я^т

При течении дисперсной среды в трубе мембраны соответствующее число Рейнольдса определяется как ЯсГ = рУс(1т / ¡лс, где Ус — скорость дисперсной среды через трубчатую мембрану с диаметром с!т.

Объёмное содержание воды в эмульсии Св рассчитано из расходов топлива и воды. Массовое содержание воды Сж рассчитано на основании данных по объёмному содержанию Св с учётом плотности эмульсии. Поток воды определяется трансмембранным давлением ДРт следующим образом:

где К — мембранная проницаемость.

В случае числа п однородных мембранных пор, имеющих средний диаметр с!р, мембранная проницаемость определяется по формуле Хагена-Пуазейля: К = п(11р1Ъ1л, где п — число пор мембраны, через которые вытекает вода.

В процессе эмульгирования наличие эмульгатора отражается величиной межфазного натяжения у (см. рис. 2). Это значит, что тип и содержание эмульгатора играют важную роль при приготовлении монодисперсной ВТЭ (Са > 0,5) с малым размером капель воды.

При этом процесс приготовления ВТЭ методом мембранного эмульгирования зависит от содержания топлива, воды эмульгатора (что отражается на величине межфазного натяжения):

• увеличение скорости потока топлива приводит к повышению однородности эмульсии, уменьшению размера капель воды и снижению содержания воды;

• чем больше скорость потока воды через поры мембраны, тем больше содержание воды и тем крупнее размер капель воды;

• чем меньше межфазное натяжение, тем выше однородность эмульсии и тем меньше средний размер капель воды.

Анализ влияния присутствия воды в ДТ на процесс горения производился на основании расчёта температуры горения из условия термодинамического равновесия тринадцати продуктов сгорания: Н2, 02, Н20, СО, С02, ОН, Н, О, Ы2, N. N0, >Ю2, и СН4; теплота сгорания топлива определялась по эмпирической формуле Д.И. Менделеева. Характер изменения температуры горения и состава продуктов сгорания в зависимости от изменения теплотворности ВТЭ и сте-хиометрического количества воздуха для различного содержания воды в ДТ приведён на рис. 3 и рис. 4. Основные выводы следующие:

9

у, мН/м

Рис. 2. Изменение среднего размера капель воды си и безразмерного капиллярного числа Са в зависимости от величины межфазного натяжения у: расчёт выполнен при Н<.т = 6000 и Св = 0,15 применением мембраны с размером пор

• увеличение содержания воды в эмульсии до 40 % (С„ ~ 0,4) приводит к постепенному снижению температуры сгорания; при дальнейшем увеличении доли воды темп снижения температуры резко увеличивается. Однако увеличение содержания воды приводит к возрастанию давления сгорания при постоянном объёме;

• концентрации ОН, Н, СО, Ы02, N0 и О в продуктах сгорания слабо изменяются с увеличением содержания воды до = 0,4.

Таким образом, сжигать ВТЭ с содержанием воды свыше 40 % неэффективно.

Рис. 3. Изменение температуры Т и давления Р сгорании стехиометричеекой смеси ВТЭ с воздухом в зависимости от массового содержания воды С„: 1 - температура перед горением при постоянном давлении; 2, 3 — температура и давление перед горением при постоянном объёме. Начальные условия: 300 К н 1 бар

Рис. 4. Изменение мольной П[ и абсолютной \У, концентрации продуктов сгорания стехиометричеекой смеси ВТЭ с воздухом: 1 - 1120; 2 - СО; 3 -С02; 4 - N0; 5 - ОН. Начальные условия: 300 К и I бар

В третьей главе приведены материалы по отработке технологии приготовления ВТЭ на основе метода мембранного эмульгирования. Даны описание экспериментальной установки, методики испытаний и применяемого оборудования для определения структуры приготовленной эмульсии. В главе также объяснены принципы получения стабильной ВТЭ применением смесевого эмульгатора, состоящего из двух эмульгаторов разного назначения.

Экспериментальный стенд приготовления эмульсии был создан на ЗАО «Владисарт» (г. Владимир), а измерение характеристик эмульсий проводилось на кафедрах ТД и ЭУ, «Биология и почвоведение» и «Экология» ВлГУ. Ниже приведены принципиальная схема стенда (рис. 5) и список основных средств измерения (табл. 1).

Эмульгаторы — это вещества, молекулы которых содержат гидрофильную и гидрофобную части. Соотношение между двумя частями представляет гид-рофильно-липофильный баланс (ГЛБ), отражающий соотношение растворимо-стей эмульгатора в воде и масле; его величина для ВТЭ находится в диапазоне 3...8 единиц. Эти вещества адсорбируются на межфазных поверхностях не-

10

смешивающихся жидкостей и снижают межфазное натяжение на границе раздела фаз. Их применяют для предотвращения расслоения эмульсий, получаемых на основе не смешивающихся между собой жидкостей. Для эмульсий воды в масле или масла в воде (как ВТЭ, создаваемых на основе лёгких топлив), применяют так называемые твин'ы (биологические эмульгаторы на основе алифатических углеводородов) и спан'ы (биологические эмульгаторы на основе сложных эфиров сорбитана). Первые - гидрофильные (ГЛБ > 14), вторые - лио-фобные (ГЛБ < 5). Применение их смеси обеспечивает образование более стабильной эмульсии. В настоящей работе использованы два смесевых эмульгатора: первая смесь состоит из спан'60 и твин'60, а вторая — из спан'80 и твин'60.

Поскольку спан'60 — это твёрдое вещество, то вначале необходимо подогревать смесь с топливом до полного растворения, затем смесь охлаждается до нормальной температуры перед введением воды.

эмульгирования

Таблица I

Список основных средств измерения и оборудования, использованных при приготовлении ВТЭ

№ пи Оборудование Диапазон измерении Объект измерения Примечание

1 Анализатор частиц НопЬа ЬВ-550 1 им до 6 мкм Средний диаметр капель и их распределение по размерам Время измерения 1 мин

2. Микроскоп МИКРОМЕД 3 Вар 3-20 Увеличение до 1000 Структура эмульсии. Оснащён видеоокуляром

3. Вискозиметр ВПЖ-2 Разные ВПЖ-2 от 10 до 100 мм2/с Вязкость эмульсии Использован рекомендованный порядок работы

4. Весы 1 до 100 г Эмульгаторы Шаг измерения 0,01 г

5. Ротаметр РМ-02 0,025 ЖУЗ До 25 л/ч Расход воды С клапаном для управления расходом

Определение структуры эмульсии оценивалось по двум параметрам: средний размер капель дисперсной фазы и их распределение по размерам. Эти параметры измерены визуально с помощью оптического микроскопа МИКРО-МЕД 3 Вар 3-20 с видеоокуляром ОСМ-5Ю (рис. 6) и оборудования с динамическим рассеиванием лазерного света - анализатора размеров частиц НопЬа ЬВ-550 (рис. 7).

Рис. 6. Структура ВТЭ после 15 дней её получения: черные точки - капли воды; общее увеличение х1200, в том числе окуляра - х40, цифрового увеличения - хЗО. Состав ВТЭ по массе: 82 % дизтоплива, 17,2 % воды и 0,8 % смесевого эмульгатора с ГЛБ = 7,23

Рис. 7. Анализ распределения по размерам капель воды в ВТЭ через 10 дней после ее получения: расход ВТЭ - 0,46 л/м, расход воды - 0,16 л/м (Св =34,8 %; 1 % смесевого эмульгатора с ГЛБ = 7)

Распределение капель по размерам для одной из проб ВТЭ (см. рис. 7) характеризуется значением коэффициента дисперсности 5, отражающего, насколько эмульсия однородная: если 5 < 0,4, то эмульсия монодисперсная. Величина о определена по формуле 5 = {й^ - Ц0)/Д„, где £>90, £>50 и О10 - диаметры капель, соответствующие 90, 50 и 10 % об. на интегральной кривой распределения по размерам. В данном случае 5 = 0,9 (£>90= 1,3, ¿>50 = 0,82 и £>10= 0,55 мкм). Несмотря на ламинарный характер течения топлива (число Рейнольдса не превышает 500) распределение размеров симметрично; при обеспечении турбулентного характера потока распределение капель воды по размерам сужается.

Для оценки влияния содержания воды на вязкость эмульсии были приготовлены ВТЭ с содержанием воды до 50 %; при этом использована керамическая цилиндрическая мембрана длиной 22 см, внутренним диаметром трубы 6 мм, внешним диаметром 10 мм,

40 50 гл СП О/

Св % с размером пор 0,2 мкм и пористостью 50 %.

Рис. 8. Изменение вязкости V Увеличение объёмного содержания воды С„ втэ в зависимости от объёмного приводит к значительному повышению вяз-содержания воды С. кости ВТЭ в результате гидродинамического

мм'7г

взаимодействия между каплями воды в топливе, повышая коэффициент внутреннего трения и изменяя структуру (рис. 8).

Данный факт необходимо учитывать при использовании ВТЭ в ДВС, поскольку это будет приводить к изменению характера распыливания топлива в камере сгорания как в дизелях, так и в ДВС с впрыском бензина, и в газотурбинных установках.

При приготовлении ВТЭ с одинаковым содержанием воды Св= 17 % и сме-севого эмульгатора из спан'80 и твин'60 - 0,5 % с ГЛБ = 9,2 отмечено изменение вязкости и структуры при изменении размера пор мембраны (рис. 9).

Этот эффект объясняется изменением среднего размера капель воды в ВТЭ (чем меньше средний размер капель в эмульсии, тем больше вязкость эмульсии) и распределения по размерам (монодисперсная эмульсия имеет большую вязкость, чем полидисперсная эмульсия). Чем меньше средний диаметр пор мембраны, тем меньше средний размер капель воды в эмульсии и тем однороднее эмульсия (рис. 10). Таким образом, применение мембранного эмульгирования позволяет исследовать степень воздействия размера капель воды на вязкость эмульсии без значительного изменения распределения по размерам.

мяг/с

0,3 0,4 0,5

¿р, пакта

Рис. 9. Изменение вязкости v ВТЭ в зависимости от диаметра пор (1„ мембраны

Рис. 10. Изменение структуры ВТЭ в зависимости от диаметра пор мембраны (слева — 0,2 мкм, справа - 0,45 мкм) при одинаковом содержании воды (Св ~ 17 % об.) и эмульгатора (0,5 % спан'80 и твин'60); ширина кадра - 130 мкм

Проведён анализ необходимых затрат энергии на эмульгирование при применении разных методов: роторных гомогенизаторов, ультразвукового, механического перемешивания, мембранного. В этом случае плотность энергии рассчитана по уравнению

^ Потребляемая мощность _ Р _ Дж Объёмный расход эмульсии Q м' 13

Результаты показали, что мембранное эмульгирование не только даёт возможность регулирования структуры эмульсии, но и потребляет меньшую

энергию на каждую единицу объёма (табл. 2).

Таблица 2

_Сравнение затраты энергии разных методов при приготовлении эмульсии_

Оборудование (марка) Рабочий объём,л Мощность мотора, Вт Время перемешивания, мин Плотность энергии, Дж/м3

Ультразвуковое (ЬИе^сИег 1ЛР 1000) >5 1000 2-6 9*107-3,6* 10"

о ^ Heidolph D1AX 900 2 900 8 2,16*10"

» §' Ultra Turrax Т25 2 500 5 7,5*10'

я з В25 High-shear dispersing emulsifier = 2 500 5 7,5*10'

р ° Он s Роторный импульсно-квитанционный аппарат 100 1500 50 6,6*107

Блендер Philips HR1613 1 650 3 1,17*10"

Мембранное эмульгирование 2 80 1 2,4* 10''

В четвёртой главе изложены результаты безмоторных и моторных исследований влияния структуры ВТЭ на экологические и экономические показатели процессов горения и двигателя в целом.

Безмоторные испытания проведены с целью сравнительной оценки склонности ВТЭ к сажеобразованию, что характеризуется максимальной высотой не-коптящего пламени (МВНП), при которой появляется копоть. Испытания проведены с использованием фитильной лампы (прямоугольный фитиль с длиной 20 мм и толщиной 2 мм); методика испытаний - в соответствии с ГОСТ 4338-91 и ГОСТ Р 53718-2009 (рис. 11).

Увеличение содержания воды в эмульсии до 25...30 % приводит к возрастанию МВНП, что указывает на уменьшение склонности к сажеобразованию, т.е. увеличение полноты сгорания ВТЭ указанного состава по сравнению с Д'Г. Но при дальнейшем увеличении содержания воды в ВТЭ значение МВНП уменьшается, что свидетельствует об увеличении склонности к сажеобразованию и, соответственно, к увеличению недогорания (рис. 12).

Рис. 11. Диффузионное пламя ВТЭ при содержании воды 18,6 % н эмульгатора 0,5 % (ГЛБ = 9,6)

40 50

Рис. 12. Изменение максимальной высоты нс-коитящего пламени МВНП для ВТЭ в зависимости от содержания воды в эмульсии Св

ко»,

ppm

Моторные исследования проведены на тракторном дизеле ЗЧН 10,5/12; оценивалось влияние на мощностно-экономические и экологические показатели дизеля состава и структуры ВТЭ. Основные средства измерения: расходомер топлива 730 (АУЬ, Австрия), расходомер воздуха РГ-400 (Россия), газоанализатор 01Сот-4000/Тч10х (АУЬ, Австрия), дымомер 4158 (АУЬ, Австрия). Испытания проводились согласно требованиям ГОСТ Р 41.96-2005 (Правила ЕЭК ООН № 96-01) и ГОСТ 18509-88. Состав ВТЭ (т.е. соотношение содержания воды и ДТ) определялся посредством измерения плотности эмульсии; структура ВТЭ — с помощью анализатора размеров частиц НопЬа ЬВ-550 и оптического микроскопа МИКРОМЕД 3 Вар 3-20. Для предотвращения отсеивания воды испытания проведены без фильтра тонкой очистки топлива.

Для проведения экспериментов по оценке влияния структуры ВТЭ были подготовлены эмульсии с одинаковым составом (17 % воды по объёму и 0,5 % смесевого эмульгатора спан'80-твин'60), но с различной структурой (см. рис. 10); последнее обеспечивалось применением мембран с разным размером пор: 0,20 и 0,45 мкм (рис. 13 и рис. 14).

N0»,

(2000 юш1)

-о-ДТ 0.20 мкм 0.45 мкм NOx у-.

is

—--*

C„H» ^ А

СЛ.,

ppm

250 225 200 175 150 125 100

Рис. 13. Изменение концентрации оксидов азота N0, и углеводородов СпНт в зависимости от мощности двигатели на разных скоростных режимах

0,10 0,00

л. (2000 мин"1)

V -----А'

-о-ДТ - А- 0.20 мкм - «► 0,45 мкм

„>N

1--- ___-А'"'

О 10 20 30 40 10 15 20 25 30 35

Ne, кВт Ne, кВт

Рис. 14. Изменение эффективного КПД и дымности N ОГ в зависимости от мощности двигателя на разных скорос тных режимах

Анализ результатов исследований при условии постоянства мощности показал следующее:

• применение ВТЭ по сравнению с ДТ обеспечивает снижение концентрации ЫОх, С„Нт и дымности в ОГ почти во всем диапазоне нагрузок, причём степень снижения, в основном, пропорциональна величине нагрузки;

• ВТЭ с меньшим размером капель воды обеспечивает большее снижение концентрации С„Нт в ОГ и уровня дымности ОГ в связи с большим влиянием на процесс вторичного смесеобразования вследствие микровзрывов большего количества капель воды;

• ВТЭ с большим размером капель воды обеспечивает большее снижение концентрации N0«, поскольку чем крупнее капли, тем меньше их положительное влияние на процесс смешения ВТЭ с окислителем, что снижает полноту сгорания и, соответственно, эмиссию оксидов азота;

• увеличение эффективного КПД г)е в широком диапазоне нагрузок и частот вращения коленчатого вала составило до 1,2 раза для ВТЭ (с содержанием воды 17 % по объёму), полученной с помощью мембран с порами 0,2 мкм, и до 1,1 раза — с порами 0,45 мкм (подобное влияние обусловлено меньшим содержанием продуктов неполного сгорания в ОГ в первом случае).

Анализ влияния структуры ВТЭ на составляющие дисперсных частиц, находящихся в потоке ОГ дизеля, показал, что ВТЭ, полученная методом мембранного эмульгирования с применением более мелких пор, обладает меньшей склонностью к сажеобразо-ванию. Так, долевое содержание сажи в дисперсных частицах (анализ — по 0,45 мкм 0,20 мил методике А.Р. Кульчицкого) при

Рис. 15. Влияние структуры ВТЭ на состав переходе ДИЗеля с ДТ на ВТЭ (поры дисперсных частиц (РМ) в ОГ: С-сажа

(углерод); СН,«, и СНоЦ - углеводороды, мембраны 0,45 мкм) снизилось в два с содержащиеся в ОГ, источником которых лишним раза, а при дальнейшем переявляется топливо и смазочное масло, со- ходе на другую ВТЭ (поры мембраны ответственно; М804-твердые сульфаты

0,20 мкм) - еще в два раза. При этом общая концентрация дисперсных частиц РМ снизилась на 6 % в первом случае и на29%-во втором (рис. 15).

Таким образом, структура ВТЭ влияет на склонность ВТЭ к саже-образованию, и чем мельче капли, тем эта склонность ниже.

При этом получено косвенное подтверждение того факта, что прохождение ВТЭ по системе топливоподачи дизеля (в условиях воздействия высоких давлений и прецизионных размеров) не привело к деформации структуры ВТЭ. В противном случае не было бы отмечено подобное влияние. Иначе не было бы

отмечено влияние структуры ВТЭ на содержание ВВ в ОГ и экономические показатели.

Что касается влияния состава ВТЭ, то степень увеличения расхода ВТЭ по сравнению с расходом ДТ для обеспечения постоянства мощностных показателей дизеля будет зависеть не только от содержания воды в ВТЭ, но и от размера и степени однородности распределения капель воды в эмульсии.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. При работе двигателя на ВТЭ отмечено влияние структуры эмульсии (при постоянном составе ВТЭ) как на экологические, так и экономические показатели двигателя, а именно:

• большее влияние ВТЭ с крупным размером капель воды на эмиссию N0*, а с меньшим размером — на уровень дымности ОГ и эмиссию С„Нт;

• увеличение эффективного КПД в широком диапазоне нагрузок и частот вращения коленчатого вала (до 1,1...1,2 раза для ВТЭ с содержанием воды 17 % и наиболее вероятной структуры капель воды в эмульсии, приготовленной с помощью мембраны с размерами пор 0,2 и 0,45 мкм).

2. Теоретический анализ состава продуктов горения ВТЭ показал, что предельное содержание воды в ВТЭ по критерию «температура горения» — 40 % об. При большем содержании воды резко увеличивается неполнота сгорания, приводя к интенсивному падению температуры горения.

3. Экспериментальные результаты определения влияния склонности ВТЭ к сажеобразованию показали, что предельное содержание воды в ВТЭ составляет 25...30 % об. — это характеризуется наибольшим значением максимальной высоты некоптящего пламени в режиме диффузионного горения, присущего дизелю.

4. Выявлено, что как уменьшение среднего размера капель воды, так и увеличение содержания воды в ВТЭ приводит к увеличению вязкости эмульсии, что необходимо учитывать при организации процессов топливоподачи и смесеобразования в дизеле.

5. Разработана установка и предложены методика и технология получения ВТЭ методом мембранного эмульгирования, позволяющие получать ВТЭ заранее заданного состава с высокой степенью однородности.

6. Выявлено, что предлагаемая технология получения эмульсий на основе мембранного эмульгирования является наименее энергозатратной по сравнению с другими методами.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Кульчицкий, А.Р. Проблемы применения альтернативных топлив в ДВС / А.Р. Кульчицкий, Б.Ю. Голев, А.М.А. Атгия // Research papers of Lithuanian University of Agriculture. - 2010. - Vol. 42, No. 2 - 3. - P. 127 - 140. - ISBN 13921134.

2. Аттия, А.М.А. Особенности подготовки водо-топливных эмульсий на основе легких топлив / А.М.А. Аттия // Фундамент, исслед. - 2011. - № 8. -С. 706-709.

3. Кульчицкий, А.Р. Водотопливные эмульсии для дизелей / А.Р. Кульчицкий, Б.Ю. Голев, A.M.А. Атгия // Мир транспорта. - 2011. - № 3(36). - С. 50 -55.

4. Аттия, А.М.А. Управление структурой водотопливной эмульсии / А.М.А. Атгия, А.Р. Кульчицкий // Research papers of Lithuanian University of Agriculture. - 2012. - Vol. 46, No. 2 - 3. - P. 112 - 126. - ISBN 1392-1134.

5. Аттия, А.М.А. Влияние введения воды на склонность к сажеобразова-нию дизельного топлива / А.М.А. Атгия, А.Р. Кульчицкий // Современ. проблемы науки и образования. — 2012. — № 4.

6. Аттия, А. М. А. Применение смесового эмульгатора для приготовления однородной водотопливной эмульсии / А.М.А. Аттия, А.Р. Кульчицкий // Materaly VIII mezinarodni vedecko — praktika conference «Veda a technologie: krok do budoucnosti - 2012» - Dil 35, Technicke vedy: Praha. Publishing House «Education and Scince». - 2012. - P. 74 - 78. - ISBN 978-966-8736-05-6.

В других гаданиях

7. Аттия, А.М.А. Особенности горения альтернативных топлив в ДВС / А.М.А. Атгия, А.Р. Кульчицкий // XII международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей», г. Владимир, 29 - 30 июня 2010 г. / под ред. А.Н. Гоц; Владим. гос. ун-т. - Владимир: Изд-во ВлГУ, 2010. - С. 91 - 95.

8. Аттия, А.М.А. Улучшение экологических характеристик дизеля путём регулирования структуры водотопливной эмульсии / А.М.А. Аттия // Конференция дней науки студентов и аспирантов Владимирского государственного университета имени А.Г. и Н.Г. Столетовых: тез. докл., 2012.

Али Махмуд Али Аттия (Египет) "Улучшение экологических и экономических показателей дизеля за счёт изменения структуры водо-топливной эмульсии"

В диссертации изложены результаты исследований по улучшению экономичности и снижению эмиссии вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) дизеля воздействием на рабочий процесс посредством изменения структуры водо-топливной эмульсии (ВТЭ), предлагаемой взамен дизельного топлива. Для получения эмульсий с различной структурой создана установка и разработана технология приготовления методом мембранного эмульгирования, позволяющие получать ВТЭ с высокой степенью однородности. Результаты безмоторных испытаний показали, что увеличение содержания воды в эмульсии приводит к значительному увеличению вязкости эмульсии и уменьшению склонности эмульсии к сажеобразованию. Результаты моторных испытаний подтвердили влияние структуры ВТЭ на экологические (выброс оксидов азота, суммарных углеводородов и дисперсных частиц, а также дымность ОГ) и экономические показатели дизеля. Кроме того, результаты расчетного анализа состава дисперсных частиц при переходе дизеля с дизтоплива на ВТЭ показали высокую зависимость экологических свойств ВТЭ от её структуры: чем меньше размер капель воды и выше их однородность, тем меньше склонность ВТЭ к сажеобразованию.

Ali Mahmoud Ali Attia (Egypt) "Improving the environmental and economic performances of diesel engine by changing the structure of water-in-fuel emulsion" The dissertation presents the investigation results for improving economic and reducing the emission of harmful substances in the exhaust gaseous (EG) of diesel engine by influencing on the working cycle with changing the water-in-fuel emulsion (WFE) structure, as an alternative for diesel fuel. For controlling the emulsion structure it has been established a setup and developed a technology for emulsion preparation based on membrane emulsification allowing to produce WFE with high degree of homogeneity. Results of non-motor tests showed the dependence of WFE environmental characteristics that, the increase of water contents within WFE leads to a remarkable increase of emulsion viscosity and a decrease propensity of emulsion for sooting. The results of motor tests confirmed the effect of emulsion structure on the environmental (emissions of nitrogen oxides, unburned hydrocarbons, particulate matter, and exhaust smoke level) and economic characteristics of diesel engine. Moreover, the compositional analysis of particulate matter during the exchange of diesel by WFE showed the dependence of WFE environmental characteristics on its structure: the finer the water droplet size and the better homogeneity, the propensity of WFE for sooting.

Подписано в печать 10.09.12. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ /¿Г^ Издательство Владимирского государственного университета Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

Оглавление.

Список принятых сокращений.

Введение.

1 Состояние проблемы.

1.1. Токсичность дизелей.

1.2.Снижение выбросов с ОГ дизелей.

1.3.Влияния характеристик топлива на показатели дизелей.

1.4.Подача воды в цилиндр дизеля.

1.4. 1. Процессы смесеобразования и сгорания обводнённого топлива.

1.4. 2. Поведение воды в эмульсии.

1.4. 3. Факторы, влияющие на возникновение микровзрыва.

1.4. 4. Воздействие ВТЭ на экологические показатели дизелей:.

1.4. 5. Влияние наличия Воды на склонность к сажеобразованию.

1.4. 6. Проблемы относительно применения эмульсии в двигателях:.

1.4. 7. Практические водо-топливные эмульсии, продающиеся в мире.

1.5.Эмульсия и мембранное эмульгирование.

1.6.Постановки проблемы и конкретные задачи исследования.

2 Аналитическое исследование.

2.1 Анализ работы и качества мембранного эмульгирования.

2.2 Предпосылка расчётного химического равновесия.

2.3 Физико-химические свойства ВТЭ.

2.3.1 Физические свойства эмульсии.

2.3.2 Вязкость эмульсии.

2.3.3 Теплотворность.

2.4 Моделирование расширения одиночной капели ВТЭ.

2.4.1 Предпосылка вскипания и зародышеобразования.

2.4.2 Моделирование испарения одиночной капели ВТЭ.

Выводы по главе 2.

3 Приготовление водотопливной эмульсии.

3.1 Выбор эмульгатора для приготовления водо-топливной эмульсии.

3.2 Экспериментальный стенд и использованные средства измерения.

3.3 Методика приготовления ВТЭ.

3.4 Влияния содержания воды в эмульсии на вязкость ВТЭ.

3.5 Затраты энергии на эмульгирование.

Выводы по главе 3.

4 Безмоторные и моторные испытания ВТЭ.

4.1 Измерение максимальной высоты некоптящего пламени ВТЭ.

4.2 Предварительная оценка работы дизеля на ВТЭ.

4.2.1 Влияние ВТЭ на мощностные показатели дизеля.

4.2.2 Воздействие ВТЭ на экологические показатели дизеля.

4.3 Работы дизеля на ВТЭ с заранее заданной структурой.

4.4 Анализ дисперсных частиц (РМ).

Выводы по главе 4.

Дизельные двигатели (ДД) являются наиболее эффективным источником энергии для большого количества транспортных средств, работающих в тяжёлых условиях (автобусов, тракторов, тепловозов, морских и речных судов, внедорожных машин), а также в составе дизель-генераторных установок. Их широкое использование определяется высокой мощностью, большой долговечностью, хорошей топливной экономичностью. С другой стороны, дизели оказывают негативное воздействие как на окружающую среду в связи с выбросов вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами (ОГ) в атмосферу, так и на мировые запасы углеводородов. Ограничение и подорожание текущих традиционных нефтяных топлив, а также строгие нормы выбросов ВВ с ОГ дизелей заставляют большинство стран искать пути снижения опасного влияния тепловых двигателей, вообще и в частности дизелей, на окружающую среду. Таким образом, вводимые современные ограничения требуют решения этих задач одновременно: снижения расхода традиционного топлива и уменьшение эмиссии токсичных газов. Актуальность настоящего диссертационного исследования определяется именно необходимостью улучшения экологических и экономических показателей дизелей.

Однако содержание ВВ в ОГ и топливная экономичность двигателя зависят от состава рабочей смеси и режима работы двигателя, следовательно, управляя составом рабочей смеси можно обеспечить значительное улучшение экологических и экономических показателей двигателя. Разнообразие методов и средств изменения состава рабочей смеси в ДД достаточно велико: изменение характеристик топливоподачи, регулирование наддува, использование регулируемых фаз газораспределения, регулирование степени охлаждения наддувочного воздуха в зависимости от режима работы и другие. Одним из наиболее практичных методов является изменение физико-химических свойств используемого топлива. Этот метод иногда называют "физико-химическим регулированием". Но его применение стало реальным только после создания топливных систем, которые позволяют впрыскивать в цилиндр смесь ДТ с одним или несколькими видами добавок.

В последние годы проблема подачи воды в цилиндр двигателя внутреннего сгорания (ДВС) снова вызывала к себе интерес в связи с возможностью обеспечить жёсткие требования, предъявляемые к экологическим показателям ДВС и транспортных средств. В настоящее время подача воды в ДВС реализуется различными методами: в виде эмульсии, жидкости или пара, подаваемой непосредственно в цилиндр или во впускной трубопровод. Наиболее эффективным способом подачи воды в цилиндр ДВС является применение водо-топливных эмульсий (ВТЭ). При этом возможна экономия традиционного топлива (в пределах 10%), но главным преимуществом является значительное улучшение экологических показателей двигателя.

Водо-топливная эмульсия представляет собой систему двух несмешива-ющихся (нерастворимых) жидкостей в присутствии стабилизатора (эмульгатора). При этом одна из жидкостей - дисперсная фаза в виде мельчайших капель равномерно диспергирована в другой жидкости - дисперсной среде. Структура ВТЭ зависит от среднего диаметра дисперсной фазы и дисперсности (уровня однородности) приготовленной ВТЭ. Существуют множество методик приготовления эмульсии, но только некоторые их них обеспечивают возможность приготовить монодисперсную эмульсию. В работе особое внимание удалено приготовлению качественной эмульсии методом мембранного эмульгирования.

Актуальность: В настоящее время проблемы потребления невозобновля-емых энергоресурсов и загрязнения окружающей среды выбросами вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами (ОГ) поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются одними из наиболее актуальных. Их решение возможно либо за счёт совершенствования рабочего процесса двигателя, либо за счёт нейтрализации ВВ, находящихся в ОГ, либо за счёт применения альтернативных топлив. При этом и в последнем случае также необходимы исследования по улучшению рабочего процесса, который десятилетиями отрабатывался с учётом применения традиционных топлив. Но в любом случае сложность решения указанных проблем определяется необходимостью нахождения компромисса между топливной экономичностью и выбросами продуктов неполного сгорания (оксида углерода СО, суммарных углеводородов СпНт и дисперсных частиц РМ), с одной стороны, и эмиссией оксидов азота МОх, с другой.

Один из способов изменения физико-химических свойств топлив - добавление воды в топливо, что приводит к созданию водо-топливной эмульсии (ВТЭ). Преимущество этого вида топлива заключается в широкой доступности воды, в отличие от многих альтернативных топлив, которые, к тому же, либо крайне ядовиты (например, топлива на основе метила), либо требуют больших затрат времени на их получение (например, на выращивание твёрдых видов биотоплив и их дальнейшую переработку). Сложностью является тот факт, что вода и лёгкие топлива (дизельное, керосин, бензин) не смешиваются между собой - при смешивании происходит их быстрое расслоение.

В работах, посвящённых применению ВТЭ, их основной характеристикой является процентное содержание воды в эмульсии. При этом сами эмульсии получают совершенно различными путями: как предварительно, так и непосредственно на двигателе, с применением эмульгаторов (стабилизаторов, препятствующих расслоению ВТЭ) и без них, с помощью механических, акустических и фазо-инвертирующих способов.

Однако анализ результатов многих испытаний, связанных с применением ВТЭ в различных видах поршневых ДВС, показал недостаточно высокую степень их воспроизводимости по критериям топливной экономичности и эмиссии ВВ с ОГ. Это указывает на наличие факторов, которые не учитываются при использовании ВТЭ, что, в свою очередь, препятствует их широкому применению. Одним из таких возможных факторов может быть структура ВТЭ - характер распределения капель воды в эмульсии по размерам, что будет определять, в частности, степень однородности эмульсии и оказывать влияние на её физические параметры, а также средний размер капель воды в эмульсии, что будет определять площадь контакта воды и топлива и характеризовать интенсивность испарения воды при нагреве, т.е. влиять на процессы макросмешения ВТЭ с окислителем и термохимические показатели процесса её горения.

Актуальность решения указанной проблемы определила выбор темы, обоснование объекта, предмета, цели и задач диссертационного исследования.

Объекты работы: процесс сгорания водо-топливной эмульсии в дизеле.

Целы работы: разработка методики получения водо-топливной эмульсии с заданной структурой для улучшения экологических и экономических показателей дизеля.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

• анализ методов приготовления эмульсий с оценкой их энергоэффективности и выбор метода, обеспечивающего высокую степень однородности эмульсии и воспроизводимость структуры; анализ эффективности различных видов эмульгаторов для приготовления ВТЭ и условий их применения;

• разработка методики и создание установки приготовления эмульсии;

• проведение теоретических и экспериментальных лабораторных исследований свойств получаемых ВТЭ и их структуры; анализ влияния структуры получаемых эмульсий на их характеристики горения;

• проведение исследований по определению влияния структуры ВТЭ на мощностно-экономические и экологические показатели дизеля;

• разработка рекомендаций по технологии приготовления ВТЭ с высокой степенью однородности и их применению в поршневых ДВС.

Предмет исследований: исследование влияния структуры ВТЭ на её физические характеристики и на экологические показатели процесса горения ВТЭ в условиях преимущественно диффузионного режима горения, характерного для дизелей.

Методика исследований Методика исследований предусматривает сочетание теоретических и экспериментальных методов. С помощью теоретических методов рассмотрено влияние долевого содержания воды на свойства ВТЭ, проведен расчет состава продуктов сгорания при горении ВТЭ, определены закономерности процесса мембранного эмульгирования.

Экспериментальная часть включает:

• приготовление ВТЭ; установка реализует принцип мембранного эмульгирования (создана на ЗАО «Владисарт», г. Владимир); структура эмульсии, средний размер капель воды и их распределение по размерам измерены с помощью анализатора размеров частиц НопЬа ЬВ-550 (Япония) (проведено на кафедре экологии ВлГУ) и оптического микроскопа МИКРОМЕД 3 Вар 3-20 с видеоокуляром ОСМ-5Ю (КНР) (проведено на кафедре биологии и почвоведения ВлГУ);

• исследование влияния долевого содержания воды на физические параметры ВТЭ и экологические показатели процесса горения ВТЭ; оценка склонности ВТЭ к сажеобразованию выполнена в соответствии с ГОСТ 4338-91 и ГОСТ Р 53718-2009 с помощью фитильной лампы (проведено на кафедре ТД и ЭУ ВлГУ);

• исследование влияния структуры ВТЭ на экономические и экологические показатели ДВС проведено на моторном стенде (в ООО «Владимирский моторо-тракторный завод») в соответствии с ГОСТ Р41.96-2005 (Правила ЕЭК ООН №. 96-01) и ГОСТ 18509-88.

Достоверность и обоснованность результатов работы результатов работы определяются большим объёмом аналитических и экспериментальных исследований, применением стандартизованных методов испытаний, использованием современных поверенных средств измерений, применением фундаментальных положений теории течения жидкости, воспроизводимостью состава ВТЭ при мембранном эмульгировании, совпадением результатов расчётных и экспериментальных исследований свойств эмульсий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• исследован характер воздействия структуры водо-топливной эмульсии на экономические и экологические показатели дизеля; выявлена степень влияния содержания воды в ВТЭ на её склонность к са-жеобразованию при диффузионном горении, характерном для дизелей; получены данные о влиянии структуры капель воды в эмульсии на вязкость ВТЭ; показана перспективность метода мембранного эмульгирования для приготовления ВТЭ с высокой степенью однородности для использования в дизеле.

Основные результаты, полученные лично соискателем: проведена оценка экономических и экологических показателей дизеля ЗЧН10,5/12 при работе на ВТЭ с различной структурой; исследована зависимость максимальной высоты некоптящего пламени (МВНП) ВТЭ от содержания воды в условиях диффузионного горения, характерного для дизелей; получены данные о предельно приемлемом содержании воды в ВТЭ для условий её применения в дизеле; оценено влияние содержания воды в эмульсии и структуры эмульсии на её вязкость; разработана методика применения смесевого эмульгатора для обеспечения стабильности эмульсии; разработана технология получения эмульсии с заданной структурой методом мембранного эмульгирования; проведена сравнительная оценка различных методов получения эмульсий по величине энергозатрат.

Практическая ценность работы состоит в том, что: в разработанной методике и технологии приготовления эмульсии на основе мембран, обеспечивающих приготовление однородных стабильных эмульсий воды в топливе с заранее заданной структурой; рекомендациях по улучшению экономических и экологических показателей дизеля при работе на ВТЭ;

Реализация результатов работы: Работа проводилась на кафедрах «ТД и ЭУ», «Биологии и почвоведения» и «Экологии» ВлГУ, в ЗАО «Владисарт» (г. Владимир) и ООО «ВМТЗ» (г. Владимир). Результаты исследований внедрены на ЗАО «Владисарт», а также используются в учебном процессе кафедры ТД и ЭУ ВлГУ.

Апробация работы: Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на:

• заседаниях кафедры ТД и ЭУ ВлГУ в 2009 - 2012 гг.;

• двенадцатой международной научно-практической конференции в ВлГУ, 29-30 июня 2010 г.;

• международных конференциях в Каунасском сельскохозяйственном институте (г. Каунас, Литва) - в 2010 и 2012 гг.;

• конференции дней науки студентов и аспирантов, ВлГУ - 2012 г.;

• технических советах ООО "ВМТЗ" (г. Владимир) в 2011 и 2012 гг.;

• технических советах ЗАО "Владисарт" (г. Владимир) в 2011 и 2012 гг.

Опубликования: По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК, из которых 3 в зарубежных изданиях,-следующим образом:

В изданиях, рекомендованных ВАК

1-Кульчицкий, А. Р. "Проблемы применения альтернативных топлив в ДВС" А.Р. Кульчицкий, Б.Ю. Голев, А.М.А. Аттия // Research papers of Lithuanian University of Agriculture. - 2010. - Vol. 42, No. 2-3, PP. 127-140. (ISBN 1392-1134).

2- Аттия, А.М.А. "Особенности подготовки водо-топливных эмульсий на основе лёгких топлив" / А.М.А. Аттия // Фундаментальные исследования. -2011,-№8.-стр. 706-709.

3- Кульчицкий, А.Р. "Водотопливные эмульсии для дизелей" / А.Р. Кульчицкий, Б.Ю. Голев, А.М.А. Аттия // Мир транспорта - 2011. - № 3(36). - стр. 50-55.

4- Аттия, А.М.А. "Управление структурой водотопливной эмульсии" / А.М.А. Аттия, А.Р. Кульчицкий // Research papers of Lithuanian University of Agriculture. - 2012. - Vol. 42, No. 2-3, PP. 127-140. (ISBN 1392-1134).

5- Аттия, А.М.А. "Влияние введения воды на склонность к сажеобразованию дизельного топлива" / А.М.А. Аттия, А.Р. Кульчицкий // Современные проблемы науки и образования. №. 4, 2012.

6- Аттия, А. М. А. "Применение смесового эмульгатора для приготовления однородной водотопливной эмульсии" / А.М.А. Аттия, А.Р. Кульчицкий // Materaly VIII mezinarodni vedecko - praktika conference «Veda a technologie: krok do budoucnosti - 2012» - Dil 35, Technicke vedy: Praha. Publishing House «Education and Scince». - 2012. - str. 74 - 78. (ISBN 978-966-8736-05-6)

В других изданиях

7- Аттия, A. M. А. "Особенности горения альтернативных топлив в ДВС" / А. М. А. Аттия, А.Р. Кульчицкий // Двенадцатая международная научно-практическая конференция, ВлГУ, г. Владимир, 29-30 июня 2010 г. - стр. 91-95.

8- Аттия, А.М.А., "Улучшение экологических характеристик дизеля путём регулирования структуры водотопливной эмульсии" / А.М.А. Аттия // Конференция дней науки студентов и аспирантов Владимирского государственного университета имени А.Г. и Н. Г. Столетовых, тезисы докладов, 2012.

Основные выводы настоящего ислледования включают:

1. При работе двигателя на ВТЭ отмечено влияние структуры эмульсии (при постоянном составе ВТЭ) как на экологические, так и экономические показатели двигателя, а именно:

• большее влияние ВТЭ с крупным размером капель воды на эмиссию NOx, а с меньшим размером - на уровень дымности ОГ и эмиссию CnHm;

• увеличение эффективного КПД г|е в широком диапазоне нагрузок и частот вращения коленчатого вала (до 1,1. 1,2 раза для ВТЭ с содержанием воды 17 % и наиболее вероятной структуры капель воды в эмульсии, приготовленной с помощью мембраны с размерами пор 0,2 и 0,45 мкм).

2. Теоретический анализ состава продуктов горения ВТЭ показал, что предельное содержание воды в ВТЭ по критерию «температура горения» - 40 % об. При большем содержании воды резко увеличивается неполнота сгорания, приводя к интенсивному падению температуры горения.

3. Экспериментальные результаты определения влияния склонности ВТЭ к сажеобразованию показали, что предельное содержание воды в ВТЭ составляет 25.30 % об. - это характеризуется наибольшим значением максимальной высоты некоптящего пламени в режиме диффузионного горения, присущего дизелю.

4. Выявлено, что как уменьшение среднего размера капель воды, так и увеличение содержания воды в ВТЭ приводит к увеличению вязкости эмульсии, что необходимо учитывать при организации процессов топливоподачи и смесеобразования в дизеле.

5. Разработана установка и предложены методика и технология получения ВТЭ методом мембранного эмульгирования, позволяющие получать ВТЭ заранее заданного состава с высокой степенью однородности.

6. Выявлено, что предлагаемая технология получения эмульсий на основе мембранного эмульгирования является наименее энергозатратной по сравнению с другими методами.

Кроме предыдущих основных выводов, получены следующие результаты лично соискателем:

• проведена оценка экономических и экологических показателей дизеля ЗЧН10,5/12 при работе на ВТЭ с различной структурой;

• исследована зависимость максимальной высоты некоптящего пламени (МВНП) ВТЭ от содержания воды в условиях диффузионного горения, характерного для дизелей;

• получены данные о предельно приемлемом содержании воды в ВТЭ для условий её применения в дизеле;

• оценено влияние содержания воды в эмульсии и структуры эмульсии на её вязкость;

• разработана методика применения смесевого эмульгатора для обеспечения стабильности эмульсии;

• разработана технология получения эмульсии с заданной структурой методом мембранного эмульгирования;

• проведена сравнительная оценка различных методов получения эмульсий по величине энергозатрат.

Заключение

1. Марков, B.A., Баштров, P.M., Габитов, И.И., «Токсичность отработавших газов дизелей», Издание второе, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2002.

2. Марков, В. А., Гайворонский, А. И., Грехов, JI. В., Ивагценко, Н. А., "Работа дизелей на нетрадиционных топливах", Изд-во "Легион-Авто дата", Москва, 2008. -464 е., (ISBN 978-5-88850-361-4).

3. Faiz, A., S. Gautam, and Е. Burki, "Air pollution from motor vehicles: Issues and options for Latin American countries." The Science of the Total Environment, Vol. 169, P. 303-310, 1995.

4. Cui, X., Helmantel, A., Golovichev, V., Denbratt, I., "Combustion and emissions in a light-duty diesel engine using diesel-water emulsion and diesel-ethanol blends", SAE paper No. 2009-01-2695, 2009.

5. Кульчицкий, A. P., "Токсичность автомобильных и тракторных двигателей", Учебное пособие для высшей школы, 2-е изд., испр. и доп. —М.: Академический проект, 2004 -400с. (ISBN 5 8291 0387 7).

6. Nord, К. Е. Haupt, D., "Reducing the emission of particles from a diesel engine by adding an oxygenate to the fuel", Environ. Sci. Technol., Vol. 39, 6260-6265, 2005.

7. ГОСТ P 52368-2005 (EH 590:2004) Группа Б13, "Национальный стандарт Российской Федерации: Топливо дизельное ЕВРО технические условия", Дата введения 2006-07-01.

8. Шустер А. Ю.,"Совершенствование показателей транспортного дизедя путём использования двухкомонентных и многокомпонентных смесевых биотоплив на основе растительных масел", автореф. дис. канд. тех. наук, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 2010.

9. Марков, В.А., Зенин, А.А., Девянин, С. Н., "Работа транспортного дизеля на смеси дизельного топлива и метилового эфира рапсового масла", Турбины и дизели, Ст. 14-19, Май 2009.

10. Zhang, X, Wang, Н., Li,L., Wu, Z., Hu, Z., Zhaj, H., Yang, W., "Characteristics of Particulates and Exhaust Gases Emissions of DI Diesel Engine Employing Common Rail Fuel System Fueled with Bio-diesel Blends", SAE No. 2008-01-1834, 2008.

11. Arapaki, N., Bakeas, E., Karavalakis, G., Tzirakis, E., Stournas, S., Zannikos, F., "Regulated and Unregulated Emissions Characteristics of a Diesel Vehicle Operating with Diesel/Biodiesel Blends", SAE No. 2007-01-0071, 2007.

12. Hull, А. и Маранджева,Т., "Альтернативные топлива, энергетика; Биодтзель: влияние на двигатель", http://www.newchemistry,ru/letter.php?nid= 1410 (20-032010).

13. Биодизель Материал из Википедии свободной энциклопедии (http://ru.wikipedia.org).

14. Lee, R., Pedley, J., Hobbs, С., "Fuel quality impact on heavy duty diesel emissions: A literature review", SAE No. 982649, 1998.

15. Nuszkowski, J. P., "The Effects of fuel additives on diesel engine emissions during steady state and transient operation", PhD thesis, West Virginia University, 2008.

16. Guibet, J.-C., F.-Birchem, Levy, E. H., "Fuels and engines: technology, energy, environment", Vol.1 Editions Tecnip Paris, 1999. (ISBN 2-7108-0753) (P. 317-385).

17. Chen, W., Wang, J., Shuai, S., Wu, F., "Effects of fuel quality on a Euro IV diesel engine with SCR After-Treatment", SAE No. 2008-01-0638, 2008.

18. Ickes, A. M., "Fuel property impact on a premixed diesel combustion mode", PhD University of Michigan, 2009.

19. Demirbas, A., "Biodiesel: a realistic fuel alternative for diesel engines", SpringerVerlag, London, 2008. (ISBN-13: 9781846289941) ch.2&6.

20. Naber, J. D. and Siebers, D. L., "Effects of gas density and vaporization on penetration and dispersion of diesel Sprays", SAE No. 960034, 1996.

21. Schaefer, V., Hass, H., Cahill, G. F., Rouveirolles, P., Roj, A., Wegener, R., Montagne, X., Pancrazio, A. D., Kashdan, J., "Optimum diesel fuel for future clean diesel engines", SAE No. 2007-01-0035, 2007.

22. Kozak, M., Merkisz, J., Bielaczyc, P., Szczotka, A., "The influence of synthetic oxygenates on Euro IV diesel passenger car exhaust emissions", SAE No. 2007-010069, 2007.

23. Tincher, R. R., "Evaluation of Heavy Duty Diesel Engines Regulated Emissions Based on Variation of Fuel Properties by Use of Additives", M.Sc. thesis, West Virginia, 2007.

24. Yuan, W., "Computational modeling of nitrogen oxide emissions from biodiesel combustion based on accurate fuel properties", PhD thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2005.

25. Agrawal, A. K., "Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 33, P. 233-271,2007.

26. Syzbist, J. P., "Fuel composition impacts on progresses in compression ignition engines", PhD thesis, Department of Energy and Geo-Environmental Engineering, Pennsylvania State University, September 2005.

27. Виноградский В. JI., "Регулирование дизеля изменением физико-химических свойтсв топлива добавкой сиженного нефтоянного газа", автореф. дис. канд. тех. наук, Российский Университет Дружбы Народов, Москва, 2002.

28. Кульчицкий, А. Р., Голев, Б. Ю., Аттия, А. М. А., "проблемы применения альтернативных топлив в ДВС", Research papers of Lithuanian University of Agriculture, Vol. 42, No. 2-3, P. 127-140, 2010.

29. Degobert, P., "Automobiles and pollution", Editions TECHNIP, Paris, France, 1995 (ISBN 2 7108 0676 2), P. 342-344.

30. Pal, R., "Single-parameter and two-parameter rheological equations of state for non-dilute emulsions", Ind. Eng. Chem. Res., 40, P. 5666-5674, 2001.

31. EPA420-P-02-007, "Impacts of Lubrizol's PuriNOx Water/Diesel Emulsion on Exhaust Emissions from Heavy-Duty Engines", December 2002.

32. Новиков, Л.А., Борецкий, Б.М., Вольская, H.A., "Механизм влияния состава водо-топливных эмульсий на смесеобразование в дизеля с неразделёнными открытыми камерами сгорания", Двигателестроение, № 1, Стр. 35-40, 1996.

33. Данщиков, В. В., "Совершенствование процессов получения и сжигаиния эмульгированного дизельного топлива в высокооборотных дизелях" Автореф. дис. канд. тех. наук по специальности 05.04.02, Санкт-Перебург, Стр. 21, 1992.

34. Schafer, F., Basshuysen, R. V., "Reduced Emissions and Fuel Consumption in Automobile engines", Springer-Verlag Wien, New York, 1995 (ISBN 3 211 82718 8), P. 63-64.

35. Кормилицын, В. И., "Экологические аспекты сжигания топлива в паровых котлах", Изд. МЭИ, Москва, 1998. 336 с. (ISBN: 5-7046-0154-5).

36. Лернер, М. О., "Вода в бензобаке: Сенсация, которой сто лет", Химия и жизнь: научно-популярный Академии Наук СССР, Том 5, Стр. 16-21, 1981.

37. Горячкин А.В., "Влияние содержания влаги в зоне горения на эмиссию оксидов азота и серы", HayKOBi пращ Техногенна безпека. Вип. 18, т. 31, Стр. 27-37, 2004.

38. Zhao, D., Yamashita, Н., Kitagawa, К., Arai, N., Furuhata, Т., "Behavior and effect on NOx formation of OH radical in methane-air diffusion flame with steam addition", Combustion and Flame, Vol. 130, P. 352-360, 2002.

39. Лебедев, О.Н., Сомов, В.А., Сисин, В.Д., "Водотопливные эмульсии в судовых дизелях", -Л.; Судостроение, 1988. 108 с. (ISBN 5-7355-0022-8), стр. 5-58.

40. Yoshimoto, Y., "Performance of DI diesel engines fueled by water emulsions with equal proportions of gas oil-rapeseed oil blends and the Characteristics of the combustion of single droplets", SAE paper No. 2006-01-3364, 2006.

41. Tarlet, D., Bellettre, J., Tazerout, M., Rahmouni, C., "A numerical comparison of spray combustion between raw and water-in-oil emulsified fuel", International journal of spray and combustion dynamics, Vol. 2, No. 1, P. 1-20, 2010.

42. Мироненко И. Г., "Применение водтопливных эмульсий для увеличения срока эксплуатации судовых дизелей", автореф. дис. док. тех. наук, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, Барнаул, 2007.

43. Wang, С-Н., Chen, J-T., "An experimental investigation of the burning characteristics of water-oil emulsions", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 23, No. 6, P. 823-834, 1996.

44. Цырфа, А. А., "Водотопливная эмульсия", Труди одиннадцатого международного научного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» Секция 15. Инжененая защита окружающей среды, Стр. 673-675, 2007.

45. Watanabe, Н., Suzuki, Y., Harada, Т., Matsushita, Y., Aoki, H., Miura, Т., "An experimental investigation of the breakup characteristics of secondary atomization of emulsified fuel droplet", Energy, Vol. 35, P. 806-813, 2010.

46. Hagos, F. Y. Aziz, A.R.A., Tan, I.M., "Water-in-diesel emulsion and its microexplosion phenomenon-review", Communication Software and Networks (ICCSN), IEEE 3rd International Conference, P. 314 318, 27-29 May 2011. (ISBN: 978-161284-485-5).

47. Takasaki, K., Tajima, H. Strom, A. Murakami, S., "Visualization of combustion and CFD study for NOx reduction with water injection", Translated from Journal of the JIME ISME, Vol. 41; P. 64-71, 2006.

48. Tajima, H., Takasaki, K., Nakashima, M., Kawano, K., Ohishi, M., Janagi, J., Osafune, S.-N., "Visual study on combustion of low-grade fuel water emulsion", COMODIA, P. 44-49, Nagoya, Japan, July 1-4, 2001.

49. Ильин, А. К., Ильин, P. А., Торбанов, Т. P., "Об эффективности использования водотопливных эмульсий в теплоэнергетике", Вестник Астраханского государственного технического университета, Сер.: Морская техника и технология, № 1, Стр. 110-116, 2011.

50. Fu, W. В., Hou, L. Y., Wang, L., Ma, F. Н., "A unified model for the microexplosion of emulsified droplets of oil and water", Fuel Processing Technology, Vol. 79, P. 107-119, 2002.

51. Morozumi, Y., Saito, Y., "Effect of physical properties on microexplosion occurrence in water-in-oil emulsion droplets", Energy Fuels, Vol. 24, P. 1854-1859, 2010.

52. Rohsenow, W. M., Hartnett, J. R., Cho, Y. I., "Handbook of heat transfer", 3rd Edition, McGraw-Hill, New York, 1998, (PP. 15-14) (ISBN 0-07-053555-8).

53. Fu W., Gong J., Hou L., "There is no micro-explosion in the diesel engines fueled with emulsified fuel", Chinese Science Bulletin, Vol. 51 No. 10, P. 1261-1265, 2006.

54. Dryer, F. L., "Final report: Fundamental combustion studies of emulsified fuels", DOE/Er/lOl 13-10, DE82 021289, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University, Report No. 1581-MAE, 1982.

55. Lif, A., Holmberg, K., "Water-in-diesel emulsions and related systems", Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 123, No. 126, P.231 239, 2006.

56. Kadota, Т., Tanaka, H., Segawa, D., Nakaya, S., Yamasaki, H., "Microexplosion of an emulsion droplet during Leidenfrost burning", 31st Proceedings of the Combustion Institute, P. 2125-2131, 2007.

57. Кавтарадзе, P. 3., "Теория поршневых двигателей", Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2008 (ISBN 978 7038 3086 4) (Стр. 285-295).

58. Tajima, H., Takasaki, К., Nakashima, M., Kawano, К., Ohishi, M., Yanagi, J., Osafune, S-N., "Visual study on combustion of low-grade fuel water emulsion", COMODIA 2001, P. 44-49, July 1-4, 2001, Nagoya.

59. Leung, P., Tsolakis, A., Wyszynski, M. L., Rodríguez-Fernández, J., Megaritis, A., "Performance, emissions and exhaust-gas reforming of an emulsified fuel: A Comparative study with conventional diesel Fuel", SAE Paper No. 2009-01-1809, 2009.

60. Belagur, V. K., Reddy, V., "Performance and emission characteristics of partially ceramic coating diesel engine using water diesel emulsion", JSAE paper No. 20076560 & SAE paper No. 2007-32-0060, 2007.

61. Hountalas, D. Т., Mavropoulos, G. C., Zannis, Т. C., "Comparative evaluation of EGR, intake water injection and fuel/water emulsion as NOx reduction techniques for heavy duty diesel engines", SAE No. 2007-01-0120, 2007.

62. Abu-Zaid, M. "Performance of single cylinder, direct injection diesel engine using water fuel emulsions", Energy Convers. Manag., Vol. 45, P. 697-705, 2004.

63. Abu-Zaid, M. "An experimental study of the evaporation characteristics of emulsified liquid droplets", Heat and Mass Transfer, Vol. 40, P. 737-741, 2004.

64. Armas, O., Maria, R.B., Cárdenas, D., "Diesel emissions from an emulsified fuel during engine transient operation", SAE No. 2008-01-2430, 2008.

65. Kadota, Т., Yamasaki, H., "Recent advances in the combustion of water fuel emulsion", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 28, P. 385-404, 2002.

66. Воинов A. H., "Сгорание в быстроходных поршневых двигателях", Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1977, 277 с. (Стр. 143-155).

67. Lefebvre, А.Н., Ballal, D.R., "Gas turbine combustion : alternative fuels and emissions", 3rd ed., CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, P. 370-373, 2010 (ISBN: 978-1-4200-8604-1)

68. ГОСТ 4338-91 (ИСО 3014-81) "Топливо для авиационных газотурбинных двигателей определение максимальной высоты некопрящего пламени", ИПК Издательство стандартов, Москва, 2004

69. ASTM. Standard D1322-08, "Standard test method for smoke point of kerosine and aviation turbine fuel", Pennsylvania, USA, 2008

70. ГОСТ P 53718-2009 "Топлива авиационные: метод определения высоты некопрящего пламени", ФГУП Стандартинформ, Москва, 2011.

71. Watson, R., Ness, С., Morgan, N., Kraft, M., "An improved methodology for determining threshold sooting indices from smoke point lamps" Preprint No. 110,

72. Cambridge Centre for Computational Chemical Engineering (ISSN 1473 4273), December 20, 2011.

73. Armas, O., Gomez, M.A., Barrientos, E.J., Boehman, A.L., "Estimation of opacity tendency of ethanol- and biodiesel-diesel blends by means of the smoke point technique", Energy & Fuels, Vol. 25, P. 3283-3288, 2011.

74. Горбачев, Ю. А., "Износ деталей ЦПГ двигателя на эмульгированном топливе", двигателестроение, №. 20 (142), Стр. 5-6, 1990.83. http://www.adeptgroup.net/Reports/0308ARBCECpresentation.pdf. (сайт смотрен в 29-ого Ноября 2010).

75. Matthews, R., Hall, М., Anthony, J., Ullman, Т., Lewis, D., "The Texas Diesel Fuels Project, Part 2: Comparisons of Fuel Consumption and Emissions for a Fuel/Water Emulsion and Conventional Diesel Fuels", SAE No. 2004-01-0087, 2004.

76. Лаптев А.Г., Башаров М.М., Фарахова А.И., "явления турбулентного переноса тонко дисперсных частиц в жидкой фазе динамических сепараторов", Научный журнал КуБГАУ, №. 68(4), 2011.

77. Foster, Т., Rybinski, W.V., "Applications of emulsions", Ch. 12 from "Modern aspects in emulsion science"; Edited by Bernard P. Binks, the Royal society of chemistry, Cambridge, UK, 1998 (ISBN: 0-85404-439-6).

78. Репа, A.A., "Dynamic aspects of emulsion stability", Ph.D thesis, Rice University, Houston, Texas, 2003.

79. Schubert, H., Engel, R., "Product and formulation engineering of emulsions", Institution of Chemical Engineers Trans IChemE, Part A, Chemical Engineering Research and Design, 82(A9): 1137-1143, September 2004.

80. Kandori, K.,Kishi, K., Ishikawa, Т., "Formation mechanisms of monodispersed W/O emulsions by SPG filter emulsification method Colloids and Surfaces, Vol. 61, P. 269-279, 1991.

81. Vladisavljevic, G. Т., Schubert, H., "Preparation and analysis of oil-in-water emulsions with a narrow droplet size distribution using Shirasu-porous-glass (SPG) membranes", Desalination, Vol. 144, P. 167-1 72, 2002.

82. Lepercq-Bost, E., Giorgi, M.-L., Isambert, A., Arnaud , C., "Use of the capillary number for the prediction of droplet size in membrane emulsification", Journal of Membrane Science, Vol. 314, P. 76-89, 2008.

83. Charcosset, C., Limayem, I., Fessi, H., "The membrane emulsification process a review", Society of chemical industry, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, Vol. 79, P. 209-218, 2004.

84. Lambrich, U., Schubert, H., "Emulsification using microporous systems", Journal of Membrane Science, Vol. 257, P. 76-84, 2005.

85. Charcosset, C., "Review: Preparation of emulsions and particles by membrane emulsification for the food processing industry", Journal of Food Engineering, Vol. 92, P. 241-249, 2009.

86. Hao, D.-X., Gong, F.-L., Hu, G.-H., Zhao, Y.-J., Lian, G.-P., Ma, G.-H., Su, Z., "Controlling factors on droplets uniformity in membrane emulsification: experiment and modeling analysis", Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 47, P. 6418-6425, 2008.

87. Cheng, C.-J., Chu, L.-Y., Xie, R., "Preparation of highly monodisperse W/O emulsions with hydrophobically modified SPG membranes", Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 300, P. 375-382, 2006.

88. Liu, H., Nakajima, M., Nishi, Т., Kimura, Т., 'Effect of channel structure on preparation of a water-in-oil emulsion by polymer microchannels", Eur. J. Lipid Sci. Technol., Vol. 107, P. 481-487, 2005.

89. Седышева С. А., "Разработка технологии эмульгирования жидкостей с применением керамических мембран", Автореф. дис. канд. тех. наук по специальности № 05.17.18., Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, 2011.

90. Сум Б.Д., Основы коллоидной химии", 2-е изд., стер. М.: Издательский Центр «Акадимия», 2007, Стр. 240 - ISBN: 978-5-7695-4041-7.

91. Silvestre de los Reyes, J., Charcosset, C., "Preparation of water-in-oil and ethanol-in-oil emulsions by membrane emulsification", Fuel, Vol. 89, P. 3482-3488, 2010.

92. Sugiura, S., Nakajima, M., Oda, Т., Satake, M., Seki, M., "Effect of interfacial tension on the dynamic behavior of droplet formation during microchannel emulsification", Journal of Colloid and Interface Science6 Vol. 269, P. 178-185, 2004.

93. Dijke, К. V., Kobayashi, I., Schroen, K., Boom, R., Uemura, K., Nakajima, M., Boom, R., "Effect of viscosities of dispersed and continuous phases in microchannel oil-in-water emulsification Micro fluid Nano fluid, Vol. 9, P. 77-85, 2010.

94. Kelin, S. A., "Engineering Equation Solver: Proffesional Version 7.431-3D", F. Chart Software. (www.Fchart.com). 2005.

95. Chase, M. W., Davies, C. A., Downey, J. R., Frurip, D. J., McDonald, R. A., and Syverud, A. N.," JANAF Thermochemical Tables", 3rd Edition, Part I, 535- 536," American Chemical Society, American Institute of Physics, New York, 1986.

96. Strehlow, R. A., "Combustion Fundamentals", McGraw-Hill, New York, 1984. (ISBN -07-Y66599-0).

97. Reynolds, W. C., "STANJAN Chemical Equilibrium Solver, V 3.96", Stanford University, Stanford, 1995.

98. Einstein, A., "A new determination of molecular dimensions", from Annalen der physic (4), 19, P. 289-306, 1906.

99. Fan, X., Hu, W., Yang, J., Xu, X., Gao, J., "A new emulsifier behavior of the preparation for micro-emulsified diesel oil", Petroleum Science and Technology, Vol. 26, P. 2125-2136, 2008.

100. Sherman, P., "The Viscosity of Emulsions", Rheologica Acta, Band 2, Heft 1, 1962.

101. Taylor, G. I., "The viscosity of a fluid containing small drops of another fluid", Proceeding of the Royal Society of London series A, containing papers of a mathematical and physical character, Vol. 138, No. 834, P. 41-48, Oct. 1932.

102. Sherman, P., "The influence of internal phase viscosity on the viscosity of concentrated water-in-oil emulsions: studies in water-in-oil emulsions, part 5", Kollopid-Zeitschrift, Band 141, Heft 1, P. 6-11, 1955.

103. Sherman, P., "General properties of emulsions and their constituents", Chapter 4 from "Emulsion science", ed. by Sherman, P., Academic Press, London and New York, 1968.

104. Harker, J., H., "Viscosity of diesel fuel-water emulsions", Fuel, Vol. 58, P. 835837, 1979.

105. Зубарев А. Ю., Шилко Ю. В., "Эффективная вязкость эмульсий в растворах поверхностно-активных веществ", Инженерно-физический журнал, Том 54, №. 5, Стр. 752-758, 1988.

106. Pal, R., "A novel method to correlate emulsion viscosity data", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 137, P. 275-286, 1998.

107. Briceno, M., Salager. J. L., Bertrand, J., "Influence of dispersed phase content and viscosity on the mixing of concentrated oil-in-water emulsions in the transition flow regime", Trans IChemE, Vol 79, Part A, P. 943-948, November 2001.

108. Pal, R., "Single-parameter and two-parameter rheological equations of state for non-dilute emulsions", Ind. Eng. Chem. Res., 40, 5666-5674, 2001.

109. Johnsen, E. E., Rjanningsen, H. P., "Viscosity of 'live' water-in-crude-oil emulsions: experimental work and validation of correlations", Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 38, P. 23- 36, 2003.

110. Dan, D., Jing, G., "Apparent viscosity prediction of non-Newtonian water-in-crude oil emulsions", Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 53, P. 113— 122, 2006.

111. Pal, R., "Viscosity models for multiple emulsions", Food Hydrocolloids, Vol. 22, P. 428-438, 2008.

112. Bullard, J. W., Pauli. Av Т., Garboczi, E. J., Martys, N. S., "A comparison of viscosity-concentration relationships for emulsions", Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 330. P. 186-193, 2009.

113. Hemmingsen, P. V., Silset, A., Hannisdal, A., Sjoblom, J., "Emulsions of heavy crude oils. I: Influence of viscosity, temperature, and dilution", Journal of Dispersion Science and Technology, Vol. 26, P. 615-627, 2005.

114. Sherman, P., "The influence of emulsifying agent concentration on emulsion viscosity", Kollopid-Zeitschrift, Band 165, Heft 2, P. 156-161, 1959.

115. Farah, M. A., Oliveira, R. C., Caldas, J. N., Rajagopal, K., "Viscosity of water-in-oil emulsions: Variation with temperature and water volume fraction", Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 48, P. 169- 184, 2005.

116. Roesle, M.L., Kulacki, F.A., "Boiling of small droplets", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, P. 5587-5595, 2010.

117. Bulanov, N.V., Gasnov, B.M., "Peculiarities of boiling of emulsions with a low boiling disperse phase", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 51, P. 1628-1632, 2008.

118. Павленко, A.M., Басок, Б.И., "Закономерность вскипания эмульгированных жидкостей", Промышленная теплотехника, т. 26, №. 1, Стр. 21-25, 2004 (ISSN 0204-3602).

119. Исакова В.В., Исаков А.Я., "Метрологические аспекты распознавания начальных стадий возникновения конкурентной фазы в жидких средах", Вестник Камчатского государственного университета, Том №. 1, 2002.

120. Tarlet, D., Bellettre, J., Rahmouni, C., "Prediction of micro-explosion delay of emulsified fuel droplets", International journal of thermal sicences, Vol. 48, P. 449460, 2009.

121. Lienhard IV, J.H. и Lienhard V, J.H., "A heat transfer textbook", 3rd edition, Phlogiston Press, Massachusetts, USA, 2003 (стр. 419).

122. Исаков А.Я., "О механизмах фазовых превращений в каплях водотоплив-ной эмульсии", Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, № 21, Стр. 80-91, 2006.

123. Bergman, T.L., Lavine, A.S., Incropera, F.P., Dewitt, D.P., "Fundamentals of heat and mass transfer", 7th ed., John Wiley & Sons, Inc., USA, 2011. (ISBN 13 9780470-50197-9) (ch. 5).

124. Cengel, Y.A., "Heat transfer: A practical approach", 3rd ed., McGraw-Hill, Singapore, 2006. (ISBN-10: 007125739-x) (ch.4).

125. Селезнев, Ю.С., Минаев, A.H., "Критериальное обобщение дисперсных котельных форсунок при распиливании гидрофобной топливной эмульсии", Труды Дальневосточного Государственного технического университета, №. 128, Стр. 29-33,2001.

126. Кондратьев, Е. Н., Опятюк, В. В., "Некоторые особенности испарения капель водотопливных эмульсий при пульсационном режиме", Физика аэродисперсных систем, Вып. 41, Стр. 190 195, Одесский Национальный Университет им. И.И. Мечникова, 2004.

127. Кондратьев, Е. Н., Опятюк, В. В., Семенов, К.И., "Пульсационный режим испарения капли водо-топливной эмульсии", Физика аэродисперсных систем, Вып. 40, Стр. 71-81, Одесский национальный университет им. И. И. Мечникова, 2003.

128. Кустов, М.В., Шаршанов, А .Я., Калугин, В.Д., " Моделирование процесса дробления капли огнетушащей эмульсии в зоне горения ", Проблемы пожарной безопасности", Выпуск 25, Стр. 99-107, 2009.

129. Watanabe, H., Suzuki, Y., Harada, Т., Aoki, H., Miura, Т., "Development of a mathematical model for predicting water vapor mass generated in micro-explosion", Energy, Vol. 36, P. 4089-4096, 20110.

130. Shen, С., Cheng, W.L., Lee, C.-F., "Micro-explosion modeling of biofuel-diesel blended droplets", SAE paper No. 2011 -01 -1189, 2011.

131. Lima, A. V., Alegre, R. M., "Evaluation of emulsifier stability of biosurfactant produced by saccharomyces lipolytica CCT-0913", Brazilian archives of biology and technology, Vol. 52, No. 2, P. 285-290, 2009.

132. Ценев В.А., "Особенности работы дизелей на водотопливных эмульсиях", Химия и технология топлив и масел. № 12, Стр. 12-14, 1983.

133. Ghojel, J. I., Tran, Х.-Т., "Ignition characteristics of diesel-water emulsion sprays in a constant-volume vessel: effect of injection pressure and water content", Energy Fuels, Vol. 24, P. 3860-3866, 2010.

134. Fu, Z., Liu, M., Xu, L., Wang, Q., Fan, Z., "Stabilization of water-in-octane nano-emulsion. Part I: Stabilized by mixed surfactant systems", Fuel, Vol. 89, P. 2838-2843, 2010.

135. Fu, Z., Liu, M., Xu, L., Wang, Q., Fan, Z., "Stabilization of water-in-octane nano-emulsion. II Enhanced by amphiphilic graft copolymers based on poly (higher a-olefin)-graft-poly(ethylene glycol)", Fuel, Vol. 89, P. 3860-3865, 2010.

136. Márquez, A. L., Palazolo, G. G., Wagner, J. R., "Water in oil (w/o) and double (w/o/w) emulsions prepared with spans: micro structure, stability, and rheology", Colloid Polym Sci, Vol. 285, P. 1119-1128, 2007.

137. Porras, M., Solans, C., Gonzalez, C., Martinez, A., Guinart, A., Gutierrez, J.M., "Studies of formation of W/O nano-emulsio", Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol. 249, P. 115-118, 2004.

138. Porras, M., Solans, C., Gonzalez, C., Gutierrez, J.M., "Properties of water-in-oil (W/O) nano-emulsions prepared by a low-energy emulsification method", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 324, P. 182-188, 2008.

139. Peltonen L, Hirvonen J, Yliruusi, J., "The effect of temperature on sorbitan surfactant monolayers", Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 239, P. 134138,2001.

140. Peltonen L, Hirvonen J, Yliruusi, J., "The behavior of sorbitan surfactants at the water-oil interface: straight-chained hydrocarbons from pentane to dodecane as an oil phase", Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 240, P. 272-276, 2001.

141. Wheatley, M.A., Peng, S., Singhal, S., Golberg, B.B., "Surfactant-stabilized microbubble mixtures, process for preparing and methods of using the same", United States Patent №. 5352436, 1994.

142. Гельфман M. H., Ковалевич О. В., Юстратов В.П., "Коллоидная химия", 2-е изд., Стер. СПБ.: Издательство «Лань», Стр. 336, 2004. (ISBN 5-8114-0478-6) (стр. 253).

143. Charcosset, С., Limayem, I., Fessi, H., "The membrane emulsification process -a review", Society of chemical industry, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, Vol. 79, P. 209-218, 2004.

144. Lin, T.J., "Effect of Initial Surfactant Locations on the Viscosity of Emulsions ", J. Soc. Cosmetic Chemists, 19, 683-697 (Sept. 16, 1968).

145. HORIBA Instruments, Inc., "A Guide book to particle size analysis", 2010. (www.horiba.com/us/particle).

146. Merkus, H. G., "Particle size measurements fundamentals, practice, quality", Springer Science & Business Media B.V., 2009 (ISBN: 978-1-4020-9015-8).

147. Bulletin: HRE-3649B Dynamic Light Scattering Particle Size Distribution Analyzer LB-500, printed in Japan (ZH-R(SK)14).

148. Horiba Ltd. "Operation manual of LB-550", Japan, 2003.

149. Subramanian, K.A., "A comparison of water-diesel emulsion and timed injection of water into the intake manifold of a diesel engine for simultaneous control of NO and smoke emissions", Energy Conversion and Management, Vol. 52, P. 849857, 2011.

150. Sherman, P., "The Viscosity of Emulsions", Rheologica Acta, Band 2, Heft 1, 1962.

151. Ramirez, M., Bullón, J., Anderez, J., Mira, I., Salager, J.-L., "Drop size distribution bimodality and its effect on O/W emulsion viscosity", J. Dispersion Science and Technology, Vol. 23, No. 1-3, P. 309-321, 2002.

152. Parkinson, C., Matsumato, S., Sherman, P., "The Influence of Particle-Size Distribution on the Apparent Viscosity of Non-Newtonian Dispersed Systems", Journal of colloid and Interface Science, Vol. 35, No. 1, May 1970.

153. Behrend, O., Schubert, H., "Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound", Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 7, P. 77-85, 2000.

154. Монастырский M.B., "Интенсификация процессов диспергирования и экстрагирования в роторном импульсно-квитанционном аппарате", дис. канд. тех. наук, Тамбов, 176 стр., 2003.

155. Peters, D.C., "Dynamics of emulsification", chapter 14, Editors" Harnby, N., Edwards, M.F., Nienow, A.W., "Mixing in the Process Industries", 2nd edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, Reprinted 2000.

156. Kiss, N., Brenn, G., Pucher, H., Wieser, J., Scheler, S., Jennewein, H., Suzzi, D., Khinast, J., "Formation of O/W emulsions by static mixers for pharmaceutical applications", Chemical Engineering Science, Vol. 66, P. 5084-5094, 2011.

157. Abrahamse, A. J., Padt, A., Boom, R. M., Heij, W. В. C., "Process fundamentals of membrane emulsification: simulation with CFD", AIChE Journal, Vol. 47, No. 6, P. 1285-1291, June 2001.

158. Song, M.-G., Cho, S.-H., Kim, J.-Y., Kim, J.-D., "Novel evaluation method for the water-in-oil (W/O) emulsion stability by turbidity ratio measurements", Korean J. Chem. Eng., Vol. 19, No. 3, P. 425-430, 2002.

159. Drelich, A., Gomez, F.O., Clausse, D., Pezron, I., "Evolution of water-in-oil emulsions stabilized with solid particles influence of added emulsifier", Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol. 365, P. 171-177, 2010.

160. Toncu, D.C., Cignoli, F., De Iuliis, S., Zizak, G., Maffi, S., Donde, R., "Comparative studies of kerosene and water/kerosene combustion", Proceeding of the Europien Combustion Meeting, 2011.

161. Скогарев, В.Г., Флорко, A.B., "Факельное стационарное горение жидкого многокомпронентов углеводородного топлива", Физика аэродисперсных систем, Выпуск 38, Стр. 82-89, Одесса, 2001.

162. Кульчицкий, А. Р. "Метод оперативного контроля эмиссии дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей", Research papers of Lithuanian University of Agriculture. 2010. - Vol. 42, No. 2-3, P. 81-90. (ISBN 1392-1134).

163. EPA/600/8-90/057F, "Health assessment document for diesel engine exhaust", U.S. Environmental Protection Agency, Washington, May 2002.

164. Agrawal, A.K., Gupta, Т., Kotharia, A., "Particulate emissions from biodiesel vs diesel fuelled compression ignition engine", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15, P. 3278-3300, 2011.