Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Актуальные проблемы энергосбережения. Физико-химические процессы в углеводородном моторном топливе, инициируемые гидродинамическим активатором. Учебно.pdf
71
длиннее углеводородная цепь, тем ощутимее может быть влияние диспергирования и образование лёгких фракций топлив, что подтверждено хроматограммами дизельного топлива, бензина, авиакеросина, моторного масла
М-10Г2к, рапсового масла. Эффективность активатора, как показано выше,
подтверждена стендовыми его испытаниями с двигателями КамАЗ-740,
ЗМЗ-406, ЯМЗ-236 и эксплуатационными на автомобилях.
В итоге, если диссоциацию молекул топлива и кислорода проводить
в активаторе до подачи топлива на сжигание, то тогда теплота сгорания
не будет затрачиваться на подготовку топлива к сжиганию, и теплотворная его
способность будет больше, чем определяемая в калориметрической бомбе.
Изложенное и может быть причиной повышения активаторами теплоты сгорания диспергированных цепочечных углеводородов, что частично подтверждается повышенной теплотворностью нефтяных газов (как бы диспергированных углеводородов), где необходимость дробления на молекулы отсутствует.
В то же время следует учитывать, что стандартно теплоту сгорания определяют в калориметрической бомбе, где отсутствуют механические, гидравлические, электромагнитные воздействия на топливо и ослаблено влияние окружающей среды. А активаторы, осуществляя различные действия на топливо,
могут обусловливать также и влияние на него окружающей среды.
Необходимо принять во внимание и то, что известные механохимические процессы в воде, в газах позволяют получать дополнительную энергию
из окружающего пространства. Так, на основе трубки Ранкье только в РФ
выпускается более 30 аппаратов водяного отопления, в которых тепловая
энергия в 1,1 – 10 раз превышает энергию на привод водяного насоса этих
отопителей [4; с. 597].
Однако известный эффект механохимического ввода в воду и воздух
энергии из окружающего пространства для моторных топлив впервые стабильно реализован только в активаторе по патенту № 2550203.
По механизму действия активатора по патенту № 2550203 можно предполагать, что повышение теплотворной способности моторных топлив, обработанных активатором, кроме дробления углеводородов, дополнительно
72
может быть обусловлено и тем, что образующие в механохимических процессах активные радикалы, находясь в возбуждённом состоянии, могут постепенно поглощать фотоны окружающего пространства (принимать кванты
энергии), гасить свои свободные связи и становиться более энергонасыщенными. Отсюда эффективность активатора может зависеть и от материала его
корпуса, который должен быть прозрачен для фотонов, резонансно поглощаемых активными радикалами.
В дальнейших физико-химических превращениях полученная активными радикалами энергия окружающего пространства переходит в другие
виды энергии, а при сгорании активированного топлива эта дополнительная
энергия создаёт в ДВС дополнительное давление газов, что и обусловливает
снижение потребляемого двигателями моторного топлива.
Косвенно такая гипотеза подтверждается проф. Ф. М. Канаревым [3].
Им определено, что «эффекты, связанные с повышением давления сгорания
топлив в закрытых полостях, формируются не газами, а фотонами, как отмечено ранее. Объёмы световых фотонов, излучаемых электронами в реакциях
предварительно диссоциированных молекул, в 100 000 раз больше объёмов их
источников – электронов, а попутно излучаемые невидимые инфракрасные
фотоны в 10, 20 – 100 раз больше объёма световых фотонов» [19]. Иначе: части
раздробленных углеводородных молекул, а вместе с ними и активные радикалы в диспергированных топливах, поглощают фотоны из окружающего пространства, насыщаются дополнительной энергией, а поглощенная из пространства энергия и проявляется при сгорании через повышение теплотворной
способности топлив.
Таким образом, диспергирование углеводородных топлив, реализованное в активаторе по патенту РФ № 2550203, осуществляющем механохимическое воздействие на их углеводороды, уменьшает их расход в двигателях внутреннего сгорания без уменьшения их эффективной мощности.
Сохранение мощности ДВС при снижении расхода топлива с активатором подтверждено экспериментами.
73
Описываемый активатор [2] проверен хроматографией различных топлив, контролем их расхода и выброса вредных веществ в отработавших газах
(ОГ) автотракторных ДВС. Так, хроматограммы активированного дизельного
топлива разных поставщиков показали уменьшение доли тяжёлых углеводородов и увеличение лёгких: гексана, гептана, 3-метил-пентана до 37%, а также
снижение содержания серы с 0,032 до 0,015%, а смол с 7,4 до 0,8 мг/100 мл.
В бензине содержание октаноопределяющего толуола повышалось до 16%,
а в авиакеросине – нонана и декана – до 21%. Активатор апробирован
также на рапсовом масле, а в дизельных топливах выявлено также выделение
в осадок серы.
Последовательное механохимическое воздействие на углеводородные
топлива активатором проводится в трёх его камерах. В первой камере происходит встречное винтообразное перемешивание микроструй жидкостей и
дробление их кластеров, во второй камере – кавитационное дробление молекул на фрагменты с оборванными валентными связями, а в третей – продавливание потока молекул через микрощели, что приводит к окончательному
диспергированию жидкостей, разрыву части длинноцепочечных молекул
углеводородов, а также к образованию свободных активных радикалов. Такое
последовательное действие и обусловливает необратимость и пролонгированность механоактивации в активаторе по патенту № 2550203.
Особое достоинство механоактивации активатором по патенту
№ 2550203 заключается в необратимости активации, активированное им
топливо длительно сохраняет свой состав и свойства. Подтверждением необратимости преобразования молекул топлива в активаторе являются преобразования неактивированного топлива от введения в него доли активированного,
выпадение из дизельного топлива и осаждение в активаторе серы,
а также разрушение смолистых соединений.
Необратимость активации может использоваться в нефтепереработке и
в производстве топлив для соответствия их нормам ЕВРО-4 и ЕВРО-5, причём
разные по качеству исходные нефтепродукты доводятся до одинаковых физико-химических показателей.
74
Список использованных источников к главе 5
1. Грумондз, В. Т. Обработка углеводородных жидкостей в физико-
химических явлениях в условиях пузырьковой кавитации / В. Т. Грумондз //
Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. – 2011. –
№ 4(5). – С. 2120 – 2122.
2. Пат. 2435649 РФ. Топливный кавитатор. – URL : сайт http//
cavitron.ru
3. Войтович, А. В. Реструктуризация углеводородного сырья /
А. В. Войтович. – Киев : 2016. – 82 с.
4. Любартович, С. А. Использование волновых эффектов для интенси-
фикации химических и фазовых превращений в многофазных системах /
С. А. Любартович, О. Б. Третьяков, Р. Ф. Ганиев // Теоретические основы
химической технологии. – 1988. – Т. 22, № 4. – С. 560.
5. Симонеску, К. Механохимический синтез / К. Симонеску,
К. В. Опреа // Успехи химии. – 1988. – Т. 47. – С. 502 – 525.
6. Дубинская, А. М. Превращения органических веществ под дей-
ствием механических напряжений / А. М. Дубинская // Успехи химии. –
1999. – Т. 68, № 8. – С. 708 – 724.
7. Мамылов, С. Г. Термодинамический аспект превращений механи-
чески обработанных углеводородов / С. Г. Мамылов, О. И. Ломовский,
М. Н. Орфанова // Материалы конф. «Газификация-2002». – Томск, 2002. –
С. 188 – 190.
8. Днепровский, К. С. Механохимические превращения углеводоро-
дов нефти : автореф. дис. … канд. хим. наук: 02.00.13. / К. С. Днепровский. –
Томск : ИХН СО РАН, 2003. – 24 с.
9. Ганиев, Р. Ф. Разработка научных основ приготовления устойчивых
водотопливных эмульсий и их эффективного сжигания в топках котлов на
принципах нелинейной волновой механики / Р. Ф. Ганиев // отчёт о НИР
№ 02.516.11.6072 от 25.06.2007 (Министерство образования и науки РФ).
75
10. Разработка научных основ технологии получения альтернативных
видов топлив для технических средств железнодорожного транспорта // отчёт
РФФИ 12-08-13106-офи_м_РЖД рег. № 01201276764. – М. : НЦ НВМТ РАН,
2012–2013.
11. Воробьёв, Ю. В. Основы теории механоактивации жидких сред /
Ю. В. Воробьёв // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2013. – Т. 19, № 3. – С. 608 – 613.
12. Подготовка к сжиганию и сжигание местного сырья (сырой нефти)
в паровом котле ДКВР-10/12 / В. И. Кормилицын, В. Н. Фомин, Е. Б. Малюкова и др. // Химическая технология. – НиТ. – 2013. – Т. 4, № 11. –
С. 679 – 681.
13. Воробьёв, Ю. В. Снижение расхода топлива автотракторными ДВС
приёмами механохимии / Ю. В. Воробьёв, А. Б. Килимник, А. В. Дунаев //
Автомобильная промышленность. – 2015. – № 10. – С. 21–22.
14. Пат. 2310132 RUS. Способ подготовки и сжигания жидкого топлива
и устройство для его осуществления / Ганиев Р. Ф., Андреев О. П., Фролов А. А.
и др. ; 05.10.2006.
15. Ахматов, А. С. Молекулярная физика граничного трения / А. С. Ах-
матов. – М. : Физматгиз, 1963. – 472 с.
16. О некоторых эффектах влияния метильной группы в алкильных
π-электронных радикалах / Г. М. Жидомиров, П. В. Счастнев, Ю. Н. Молин
и др. // Журнал структурной химии. – 1966. – Т. 7, № 6. – С. 830 – 833.
17. Синтез и некоторые свойства свободных радикалов с тройными свя-
зями / Н. И. Попова, Г. И. Скубневская, Ю. Н. Молин, И. Л. Котляревский //
Изв. Академии наук СССР. Сер. Химия. – 1969. – № 11. – С. 2424 – 2430.
18. Spin Polarization and Magnetic Effects in Radical Reactions /
K. Salikhov, Yu. Molin, R. Sagdeev, A. Buchachenko. – Elsevier, Amsterdam,
1984.
19. Канарев, Ф. М. Начала физхимии микромира / Ф. М. Канарев. –
8-е изд. – Краснодар : КубГАУ, 2007. – 753 с. – URL : www.microworld.su/index.php/2012-03.
76
20. Пат. 2550203. Комбинированный универсальный статический
смеситель-активатор.
21. Воробьёв, Ю. А. Снижение расхода топлива автотракторными ДВС
приёмами механохимии Автомобильная промышленность / Ю. А. Воробьёв. –
2015. – № 10. – С. 21–22.
22. Ахматов, А. С. Молекулярная физика граничного трения / А. С. Ах-
матов. – М. : Физматгиз, 1963. – 472 с.
23. Рассадкин, Ю. П. Вода обыкновенная и необыкновенная /
Ю. П. Рассадкин. – М. : Галерея СТО, 2008. – 840 с.
24. Канарев, Ф. М. Теоретические основы физ. химии нанотехнологий /
Ф. М. Канарев. – 2-е изд. – Краснодар, 2008. – 675 с. – URL : www.microworld.su/index.php/2012-03
25. Грумондз, В. Т. Нанотехнологии обработки углеводородных жидко-
стей, основанные на использовании физико-химических явлений, происходящих на границах фаз и при фазовых переходах в условиях пузырьковой кавитации. В кн. Фундаментальные проблемы теоретической и прикладной механики // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. –
2011. – № 4(5). – С. 2120 – 2122.
26. Днепровский, К. С. Механохимические превращения углеводоро-
дов нефти : автореф. дис. … канд. хим. наук : 02.00.13 / К. С. Днепровский. –
Томск : ИХН СО РАН, 2003. – 24 с.
27. Андреев, Е. И. Основы естественной энергетики / Е. И. Андреев. –
СПб. : Изд-во «Невская жемчужина», 2004. – 584 с.
28. Пат. 2306972 РФ. Устройство для гомогенизации и приготовления
смесей.
29. Пат. № 2310132 Способ подготовки и сжигания жидкого топлива и
устройство для его осуществления.
30. Патент Украины № 34142. Способ приготовления углеводородного
топлива и устройство для его осуществления.
31. Ганиев, Р. Ф. Разработка научных основ приготовления устойчивых
водотопливных эмульсий и их эффективного сжигания в топках котлов
77
на принципах нелинейной волновой механики // Отчёт о НИР
№ 02.516.11.6072 от 25.06.2007 (Министерство образования и науки РФ).
Доклады Академии наук. – 2009. – Т. 427, № 2. – С. 215 – 218.
32. Ганиев, Р. Ф. Образование и устойчивость существования зон
эмульгации жидкости в восходящем закрученном потоке газа в проточном
вихревом газодинамическом генераторе / Р. Ф. Ганиев, О. В. Шмырков,
В. П. Рудаков // Проблемы машиностроения и надёжности машин. – 2015. –
№ 5. – С. 85 – 92.
33. Воробьёв, Ю. В. Химические процессы в органических жидкостях,
инициируемые гидродинамическим активатором / Ю. В. Воробьёв,
А. П. Кузьмин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2012. – Т. 18, № 4. – С. 913 – 919.
78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В учебном пособии рассмотрены основы теории механоактивации углеводородных моторных топлив и создания водотопливных эмульсий с использованием гидродинамических активаторов.
В настоящее время актуальны проблемы энергосбережения и снижения
экологической нагрузки на окружающую среду при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Решение этих проблем развивается по различным
направлениям. Одним из способов снижения расхода топлива и уменьшения
количества вредных выбросов может служить применение активатора жидкого углеводородного топлива. В других случаях целесообразно создание стабильных водотопливных эмульсий (ВТЭ).
Использование новых модифицированных видов топлив позволяет значительно снизить количество вредных выбросов и повысить КПД двигателя
внутреннего сгорания.
Учебное пособие может быть рекомендовано широкому кругу читателей, а также студентам направлений: 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов», 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» и 35.03.06 «Агроинженерия» дневной формы обучения.
79
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………
3
1.
ОСОБЕННОСТИ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО
МОТОРНОГО ТОПЛИВА ………………………………………………
4 Список использованных источников к главе 1 ………………………...
20
2.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МОТОРНОМ ТОПЛИВЕ,
ИНИЦИИРУЕМЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ АКТИВАТОРОМ …
23 Список использованных источников к главе 2 ………………………...
31
3.
УНИКАЛЬНАЯ СТАБИЛЬНАЯ ВОДОТОПЛИВНАЯ ЭМУЛЬСИЯ
32
3.1. Особенности влияния воды на сгорание топлив ………………
33
3.2. Экспериментальное исследование особенностей воспламенения и сгорания капель ВТЭ ………………………………………...
38
3.2.1. Приготовление водотопливных композиций и активиро-
ванного дизельного топлива ………………………………………..
38
3.3. Исследование особенностей воспламенения и горения капель
ВТЭ и механоактивированного дизельного топлива (АДТ) …….
42 Список использованных источников к главе 3 ………………………...
47
4.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕХАНОАКТИВАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО
МОТОРНОГО ТОПЛИВА ………………………………………………
51
Список использованных источников к главе 4 ………………………...
58
5.
НЕОБРАТИМОСТЬ И ПРОЛОНГИРОВАННОСТЬ МОДИФИКАЦИИ
МОТОРНОГО ТОПЛИВА ………………………………………………
59 Список использованных источников к главе 5 ………………………...
74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………..
78
80
Учебное электронное издание
ВОРОБЬЁВ Юрий Валентинович
БАРОНИН Геннадий Сергеевич
МИЛОВАНОВ Александр Васильевич
ЗАВРАЖИН Дмитрий Олегович
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В УГЛЕВОДОРОДНОМ
МОТОРНОМ ТОПЛИВЕ, ИНИЦИИРУЕМЫЕ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ АКТИВАТОРОМ
Учебное пособие
Редактор И. В. Калистратова
Инженер по компьютерному макетированию Т. Ю. З о т о в а
ISBN 978-5-8265-2160-1
Подписано к использованию 26.06.2020.
Тираж 50 шт. Заказ № 60
Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»
392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14
Телефон (4752) 63-81-08
E-mail: izdatelstvo@tstu.ru