Исследование струи распыленного рапсового масла дизельной

УДК 621.436
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУИ РАСПЫЛЕННОГО РАПСОВОГО МАСЛА
ДИЗЕЛЬНОЙ ФОРСУНКОЙ
Мысник М.И., Яковлев С.В., Свистула А.Е.
Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова,
г. Барнаул, Россия
Одним из наиболее важных процессов, протекающих в дизеле, является процесс распыливания топлива форсункой, от характера которого зависит распределение капель топлива по
объему камеры сгорания и, как следствие, горение, эффективность тепловыделения, экономичность, количество вредных выбросов и др. Большой интерес представляет использование альтернативных нефтяным топлив растительного происхождения.
Представленная работа посвящена исследованию структуры и динамики развития струи
распыленного рапсового масла в атмосферных условиях с использованием топливной аппаратуры Common Rail, позволяющей осуществить подачу пилотной порции топлива и дробный
впрыск.
С использованием метода пороговой сегментации (разделения изображения на передний
план и фон) изображение струи разбивается по яркости на шесть зон. Яркостные зоны характеризуют интенсивность проходящего излучения, которое определяется оптической плотностью
или концентрацией капель в зонах топливной струи. В зоне с высокой концентрацией капель
топлива в результате уменьшения светового потока будет получена меньшая яркость, и, наоборот, в зоне с малой концентрацией капель топлива - наибольшая яркость. Остальные зоны являются промежуточными. По частоте съёмки и координатам фронта струи определяется её
скорость.
В результате анализа полученных результатов можно отметить, что при росте давления
наблюдается увеличение времени распада темного участка. Струя с большим давлением впрыска имеет большую длину и начинает распадаться позднее, что наблюдается на графиках возрастанием во времени максимумов площадей. По времени впрыска струи плотная зона уменьшается, топливо переходит из плотных в менее плотные зоны последовательно, увеличивая, в
конечном итоге, площадь самой яркой зоны.
По причине высокой вязкости процесс впрыска рапсового масла начинается позже, и истечение происходит с меньшими скоростями по сравнению с дизельным топливом. По прошествии времени с удалением от сопла фронт струи дизельного топлива быстрее теряет скорость,
чем фронт струи рапсового масла. Капли дизельного топлива дробятся на более мелкие частицы, чем капли рапсового масла, и останавливаются быстрее от встречи с массами воздуха, чем
частицы рапсового масла. Фронт дизельного топлива замедляется быстрее, тогда как фронт
струи рапсового масла продолжает перемещение с примерно постоянной скоростью в исследованном диапазоне времени.
Применение пилотного впрыска уменьшает скорость нарастания площади яркостных зон с
более плотной (темной) концентрацией капель и увеличивает скорость нарастания площади
яркостных зон с более мелкой (светлой) концентрацией капель. Виден пик скорости фронта
основной порции, величина его меньше, чем при моновпрыске. Заметно резкое снижение скорости фронта на заключительном этапе. С ростом давления увеличивается начальная скорость
фронта топлива, а на заключительном этапе падение скорости фронта становится более резким.
С пилотным впрыском увеличивается общее время развития струи распыленного топлива, что
требует корректировки угла опережения впрыска топлива.
Проведенные исследования позволяют уточнить расчетные модели динамики развития и
структуры струи распыленного рапсового масла по сравнению с дизельным топливом, в т.ч.
при использовании пилотного и дробного впрыска, для последующего моделирования и численного исследования рабочего процесса дизеля с использованием в качестве топлива рапсового масла, а также для разработки практических рекомендаций по улучшению смесеобразования, рабочего процесса и снижению вредных выбросов.