Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации

Исследована возможность применения метода термохимической регенерации для повышения эффективности использования биотоплива (этанола) в двигателях внутреннего сгорания. Показано, что эта мера позволяет экономить до 21% топлива....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Носач, В.Г., Шрайбер, А.А., Родионов, В.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2008
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Использование и сжигание топлива
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61137
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации / В.Г. Носач, А.А. Шрайбер, В.И. Родионов // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61137
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-611372025-02-09T12:11:21Z Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации Enhancement of the efficiency of biofuel utilization in reciprocating internal combustion engines with using the method of thermochemical recuperation Носач, В.Г. Шрайбер, А.А. Родионов, В.И. Использование и сжигание топлива Исследована возможность применения метода термохимической регенерации для повышения эффективности использования биотоплива (этанола) в двигателях внутреннего сгорания. Показано, что эта мера позволяет экономить до 21% топлива. Досліджено можливість застосування методу термохімічної регенерації для підвищення ефективності використання біопалива (етанолу) в двигунах внутрішнього згоряння. Показано, що цей захід дозволяє економити до 21% палива. We study the possibility of using the method of thermochemical recuperation for the enhancement of the efficiency of biofuel (ethanol) utilization in reciprocating internal combustion engines. We show that this measure enables one to economize up to 21% of fuel. 2008 Article Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации / В.Г. Носач, А.А. Шрайбер, В.И. Родионов // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61137 536.7 ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Использование и сжигание топлива Использование и сжигание топлива
spellingShingle	Использование и сжигание топлива Использование и сжигание топлива Носач, В.Г. Шрайбер, А.А. Родионов, В.И. Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации Промышленная теплотехника
description	Исследована возможность применения метода термохимической регенерации для повышения эффективности использования биотоплива (этанола) в двигателях внутреннего сгорания. Показано, что эта мера позволяет экономить до 21% топлива.
format	Article
author	Носач, В.Г. Шрайбер, А.А. Родионов, В.И.
author_facet	Носач, В.Г. Шрайбер, А.А. Родионов, В.И.
author_sort	Носач, В.Г.
title	Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации
title_short	Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации
title_full	Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации
title_fullStr	Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации
title_full_unstemmed	Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации
title_sort	повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Использование и сжигание топлива
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61137
citation_txt	Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации / В.Г. Носач, А.А. Шрайбер, В.И. Родионов // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT nosačvg povyšenieéffektivnostiispolʹzovaniâbiotoplivavdvigatelâhvnutrennegosgoraniâspomoŝʹûtermohimičeskojregeneracii AT šrajberaa povyšenieéffektivnostiispolʹzovaniâbiotoplivavdvigatelâhvnutrennegosgoraniâspomoŝʹûtermohimičeskojregeneracii AT rodionovvi povyšenieéffektivnostiispolʹzovaniâbiotoplivavdvigatelâhvnutrennegosgoraniâspomoŝʹûtermohimičeskojregeneracii AT nosačvg enhancementoftheefficiencyofbiofuelutilizationinreciprocatinginternalcombustionengineswithusingthemethodofthermochemicalrecuperation AT šrajberaa enhancementoftheefficiencyofbiofuelutilizationinreciprocatinginternalcombustionengineswithusingthemethodofthermochemicalrecuperation AT rodionovvi enhancementoftheefficiencyofbiofuelutilizationinreciprocatinginternalcombustionengineswithusingthemethodofthermochemicalrecuperation
first_indexed	2025-11-25T23:26:14Z
last_indexed	2025-11-25T23:26:14Z
_version_	1849806738599968768
fulltext	За последнее столетие население Земли вы; росло почти вчетверо, а годовая добыча нефти – примерно в 20 раз. В настоящее время добыча уг; леводородов продолжает быстро расти, и по имеющимся оценкам за 40 – 50 лет их запасы бу; дут практически исчерпаны. Выходом из этой ситуации является широкое освоение альтерна; тивных источников энергии, в частности био; топлив для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В 2004 г. производство биотоплив в мире составляло всего 33 млрд. л (для сравнения – ежегодное мировое производство бензина по; рядка 1200 млрд. л). По производству и потреб; лению топливного этанола мировым лидером уже более 25 лет является Бразилия, где значи; тельная часть транспорта работает на чистом этаноле либо смеси 25% этанола с 75% бензина. В последние годы производство этанола быстро растет в США, где в 20 штатах работает 81 этано; ловый завод суммарной мощностью ~13 млрд. л, а также в некоторых европейских странах (Испа; нии, Франции и др.). Использование биотоплив, в частности этано; ла, в Украине находится в зачаточном состоянии, несмотря на то, что условия для его производства (как особенности климата, так и мощный потен; циал аграрного сектора экономики, включая на; личие рабочей силы) весьма благоприятны. По; этому можно рассчитывать на достаточно быстрый рост производства и потребления топ; ливного этанола в Украине в ближайшие годы. В Институте технической теплофизики НАН Украины был разработан новый метод повыше; ния эффективности использования природного газа в ДВС путем его конверсии с продуктами сгорания (метод термохимической регенерации) [1, 2]. Этот метод позволяет не только существен; но повысить КПД двигателя за счет преобразова; ния физической теплоты уходящих газов в хими; ческую энергию продуктов конверсии, но и 30 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Досліджено можливість застосуван� ня методу термохімічної регенерації для підвищення ефективності використання біопалива (етанолу) в двигунах внутрішнього згоряння. Показано, що цей захід дозволяє економити до 21% палива. Исследована возможность примене� ния метода термохимической регенера� ции для повышения эффективности ис� пользования биотоплива (этанола) в двигателях внутреннего сгорания. Пока� зано, что эта мера позволяет экономить до 21% топлива. We study the possibility of using the method of thermochemical recuperation for the enhancement of the efficiency of biofuel (ethanol) utilization in reciprocating internal combustion engines. We show that this measure enables one to economize up to 21% of fuel. УДК 536.7 НОСАЧ В.Г.1, ШРАЙБЕР А.А.2, РОДИОНОВ В.И.1 1Институт технической теплофизики НАН Украины 2Институт общей энергетики НАН Украины ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ fi, F – свободная энергия вещества i и газовой смеси; J – полная энтальпия; P – давление; q – теплотворная способность этанола; R – универсальная газовая постоянная; T – температура; xi – количество молей вещества i в смеси; Zi – стандартная свободная энергия вещества i; η – КПД схемы; ДВС – двигатель внутреннего сгорания; ТХР – термохимическая регенерация. параллельно решить другую важную задачу снижения выбросов вредных веществ в атмо; сферу. В настоящей заметке обсуждается воз; можность применения термохимической реге; нерации (ТХР) для двигателей, работающих на этаноле. Процесс стехиометрической полной конвер; сии этанола с продуктами сгорания происходит по реакции С2Н6О + 0,2(2СО2 + 3Н2О + 11,28N2) → → 2,4СО + 3,6Н2 + 2,256 N2. (1) Однако в действительности реакция конвер; сии идет не до конца в зависимости от условий (температуры и давления прежде всего). Поэтому для оценки эффективности ТХР для ДВС на эта; ноле необходимо определить состав продуктов конверсии. С этой целью, на основании предпо; ложения о том, что при достаточном времени ре; акции достигается равновесный состав продук; тов, был разработан алгоритм его поиска. Использовался подход, предложенный в [3], в со; ответствии с которым равновесный состав газо; вой смеси соответствует минимуму суммарной свободной энергии Гиббса. Если количество мо; лей в смеси есть Х = (х1, х2, …., хn), свободная энергия смеси может быть представлена в виде . (2) Для поиска минимума функции F(X) исполь; зовался метод крутого спуска. Некоторые результаты выполненных расчетов приведены на рис. 1 (здесь Q – тепловой эффект реакции конверсии, т.е. количество теплоты ухо; дящих газов, преобразующейся в энергию кон; вертированного топлива). Видно, что достаточно полная конверсия этанола достигается при срав; нительно невысоких температурах, что является важным достоинством этого топлива. На рис. 2 представлена простейшая схема ТХР для ДВС на этаноле. Продукты сгорания из ДВС поступают в поверхностный теплообменник – термохимический реактор и далее в испаритель. Затем определенная часть продуктов сгорания смешивается с паром этанола и подается в реак; тор, где нагревается за счет физической теплоты выхлопных газов ДВС. Продукты конверсии из реактора поступают в охладитель и затем – в ДВС. Были проведены термодинамические расчеты схемы, представленной на рис. 2. При этом для упрощения тепловые потери в реакторе и испа; рителе не учитывались, а температура продуктов сгорания за испарителем принималась равной ln ;i i i i Z P x x RT μ = + = ∑ ( ) 1 ( ) ( ); ( ) ln ; n i i i i i i F X f X f X x x x = ⎡ ⎤= = μ +⎣ ⎦∑ ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 3 31 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Рис. 1. Зависимость теплового эффекта реакции конверсии от температуры. Рис. 2. Схема термохимической регенерации для ДВС на этаноле: 1 – ДВС; 2 – термохимический реактор; 3 – испаритель этанола; 4 – холодильник; І – жидкий этанол; ІІ – пар этанола; ІІІ – продукты сгорания; IV – продукты конверсии; V – воздух. Цифры в кружках – номера точек для таблицы. температуре кипения этанола при P = 0,1 МПа (351 К). Кроме того, предполагалось, что состав реагирующей смеси на входе в реактор стехиоме; трический, а сжигание продуктов конверсии в ДВС производится без избытка воздуха. Параме; тры рабочих тел в характерных точках схемы представлены в таблице для трех значений ко; нечной температуры продуктов конверсии Т5 = 580, 620 и 660 К. Для всех вариантов расчета КПД двигателя принимался равным η′ = 0,38 (по данным фирмы «Камминз»). Поскольку полная энтальпия кон; вертированного топлива J1 в точке 1 на рис. 2 су; щественно выше теплотворной способности эта; нола q, полезная работа двигателя возрастает за счет применения ТХР. КПД схемы определялся как η = J1η′/q . На рис. 3 представлены значения прирос; та КПД Δη = η – η′ за счет применения ТХР в зависимости от конечной температуры конверсии Т5. Эти данные показывают, что термохимическая регенерация позволяет су; щественно повысить эффективность ис; пользования этанола, и его экономия может достигать 21%. Выводы 1. Реконструкция бензиновых двигателей, связанная с переходом на сжигание продуктов конверсии, значительно проще, чем в случае пе; рехода на сжигание этанола. 2. ТХР является универсальным средством для повышения КПД ДВС. 32 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Та б л и ц а . Параметры рабочих тел Примечание: состав и теплотворная способность конвертированного топлива в точке 5 те же, что и в т. 1; состав продуктов сгорания в т. 3 и 4 тот же, что и в т. 2. 3. Расчеты показывают, что при использова; нии ТХР в ДВС, работающих на других видах жидкого топлива (бензине, дизтопливе и др.), повышение КПД будет иметь значение такого же порядка, как и в ДВС, работающих на этаноле. ЛИТЕРАТУРА 1. Носач В.Г. Энергия топлива. – К.: Наук. думка, 1989. – 148 с. 2. Kweon C."B., Khinkis M.J., Nosach V.G., Zabransky R.F. Advanced, high;efficiency, ultra;low emission, thermochemically recuperated reciprocat; ing internal combustion engine. – US Patent No. 7210467, May 1, 2007. 3. White W.B., Johnson S.M., Dantzig G.B. Chemical equilibrium in complex mixtures // J. Chem. Phys. – 1958. – V. 28, No. 5. – P. 751 – 755. Получено 18.03.2008 г. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 3 33 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Рис. 3. Прирост КПД за счет термохимической регенерации. Наведено методику розрахунку про� цесів складного теплообміну в каналах насадки регенеративних тепло� обмінників нагрівальних та плавильних печей доменного, коксохімічного, скло� робного виробництв із урахуванням особливостей їхньої експлуатації. Про� ведено дослідження інтенсивності теп� лообміну випромінюванням та конвек� тивного для існуючих типів насадок регенераторів з різною формою й розмірами каналів, оцінено вплив окре� мих параметрів на інтенсивність тепло� обміну. Приведена методика расчета про� цессов сложного теплообмена в кана� лах насадки регенеративных теплооб� менников нагревательных и плавильных печей доменного, коксохимического, стекольного производств с учетом осо� бенностей их эксплуатации. Проведены исследования интенсивности теплооб� мена излучением и конвективного для существующих типов насадок регенера� торов с различной формой и размерами каналов, оценено влияние отдельных параметров на интенсивность теплооб� мена. The procedure of calсulations of the complex heat transfer processes in the checkerwork channels of regenerative heat exchangers of heating and melting furnaces in blast�furnace, coke, and glass melting processes is presented. Analysis of the intensity of radiant and convective heat transfer for the existing types of regenerator checkerworks with various shapes and sizes of channels was carried out, and the influence of different fators on heat transfer intensity was estimated. УДК 536.245: 669.183.213 КОШЕЛЬНІК О.В. Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКІВ ПРОЦЕСІВ СКЛАДНОГО ТЕПЛООБМІНУ В РЕГЕНЕРАТИВНИХ ТЕПЛООБМІННИКАХ З НЕРУХОМОЮ ВОГНЕТРИВКОЮ НАСАДКОЮ НАГРІВАЛЬНИХ І ПЛАВИЛЬНИХ ПЕЧЕЙ

Повышение эффективности использования биотоплива в двигателях внутреннего сгорания с помощью термохимической регенерации

Institution

Ähnliche Einträge