Leistungsbewertung eines kleinen Turbostrahltriebwerks, das mit Palmöl-Biodieselmischungen betrieben wird

Zusammenfassung

Die experimentelle und simulierte Leistung eines Armfield CM4-Turbostrahltriebwerks wurde für Palmölmethylester-Biodiesel (PME) und seine Mischungen mit herkömmlichem Jet A-1-Kraftstoff untersucht. Die volumetrischen Mischungen von PME mit Jet A-1 sind 20, 50, 70 und 100% (B20, B50, B70 und B100). Die Brennstofferwärmungswerte (FHV) jedes Kraftstoffgemisches wurden durch kalorimetrische Analyse erhalten. Die experimentellen Tests umfassten Leistungstests für Jet A-1 und B20, während die Leistungen von B50 bis B100 mit der Analysesoftware GasTurb 11 simuliert wurden. In Bezug auf den maximalen gemessenen Schub ergab Jet A-1 den höchsten Wert von 216 N, der mit B20, B50, B70 und B100 um 0,77%, 4%, 8% und 12% abnahm. Es wurde festgestellt, dass B20 im Vergleich zu den Benchmark-Jet-A-1-Tests vergleichbare Ergebnisse erzielte, insbesondere bei Schub und thermischer Effizienz. Leichte Leistungseinbußen traten aufgrund des geringeren Energiegehalts der Biodieselmischungen auf. Die Effizienz der Brennkammer verbesserte sich mit der Zugabe von Biodiesel, während die Effizienz der anderen Komponenten insgesamt konstant blieb. Diese Forschung zeigt, dass PME zumindest für größere Gasturbinen als Additiv zu Jet A-1 innerhalb von 50% -Mischungen geeignet ist.

1. Einleitung

In der Literatur besteht ein allgemeiner Konsens darüber, dass fossile Brennstoffe, die zur Herstellung von Kerosin in Luftfahrtqualität verwendet werden, schwinden. Koh und Ghazoul erwarteten ein Peak-Oil-Produktionsszenario in den Jahren 2010-2020, vorausgesetzt, der globale Ölverbrauch steigt auf 118 Millionen Barrel pro Tag im Jahr 2030. In: Nygren et al. prognostiziert, dass das Wachstum des zivilen Luftverkehrs um 5% pro Jahr zunehmen wird, während der Treibstoffverbrauch um 3% pro Jahr steigen wird. In: Lee et al. prognostiziert, dass das Wachstum des Luftverkehrs in den nächsten zwanzig Jahren um 4,5% bis 6% pro Jahr zunehmen wird, wobei sich der Verkehr alle 15 Jahre verdoppeln wird. Dies wird auch durch den jüngsten Bericht von Deloitte gestützt , wonach die Nachfrage nach Passagierreisen in den nächsten 20 Jahren voraussichtlich um 5% steigen wird, was zu einem Anstieg der Flugzeugproduktion beiträgt. Trotz der Verbesserungen bei der Treibstoffeffizienz von Flugzeugen seit 1960 müssen weitere Anstrengungen unternommen werden, um die Abhängigkeit von traditionellen Treibstoffquellen zu verringern und die derzeitigen Treibstoffe auf Benzinbasis zu ersetzen.

Biodiesel wird durch die Umesterung von rein pflanzlichen oder organischen Ölen hergestellt, indem die Triglyceridmoleküle durch leichtere Alkoholmoleküle wie Methanol oder Ethanol ersetzt werden. Die Reaktion wird mit einem starken Basiskatalysator durchgeführt, wobei neben umesterten Pflanzenölen (Biodiesel) Glycerin entsteht . In: Canakci et al. behauptet, dass Biodiesel-CO2-Emissionen durch Photosynthese ausgeglichen werden. Zusätzlich zu seinem Kohlenstoffausgleich ist Biodiesel ungiftig, enthält keine Aromaten oder Schwefel, hat eine höhere biologische Abbaubarkeit und ist im Gegensatz zu Kerosin weniger umweltschädlich für Wasser und Boden beim Verschütten . Darüber hinaus enthalten Biodiesel keine Spurenmetalle, Karzinogene wie polyaromatische Kohlenwasserstoffe und andere Schadstoffe, die für die menschliche Gesundheit direkt schädlich sind . Signifikante Reduktion der Emissionen Partikel wurde von Chan et berichtet. al, als sie eine Mischung aus 50% Volumen von Camelina-basiertem Hydro-processed Biojet Fuel mit F-34 Jet Fuel in einem T-56 Turbo-Prop-Motor verwendeten.

Kurz- und mittelfristig kann Palmöl-Biodiesel (PME) als Hauptquelle für die Biodieselproduktion genutzt werden. Nach Sumathi et al. , Ölpalmenanbau und Verarbeitung erfordern wenig Input von agrochemischen Düngemitteln und fossilen Brennstoffen, um 1 Tonne Öl zu produzieren. Von 2007 gesammelten Daten von Sumathi et al. , der Ölertrag von der Ölpalme war 3.74 tonnen / Hektar / Jahr, das ist 10 mal mehr als Sojabohnen im gleichen Zeitraum (0,38 Tonnen / Hektar / Jahr). Dies macht Ölpalme derzeit zur ertragreichsten Ölpflanze der Welt und damit zu einem attraktiven Biodieselersatz oder einer Ergänzung zu Flugkerosin. Dies wird durch die Arbeit von Chong und Hochgreb unterstützt, die berichteten, dass die Emissionen pro Energieeinheit durch die Verwendung von PME im Vergleich zu Diesel und Jet A reduziert werden.

French testete die Leistung eines Turbine Technologies SR-30-Turbojet-Gasturbinentriebwerks mit Rapsöl-Biodiesel. Es wurde festgestellt, dass der maximale Schub, der durch den Biodiesel erreicht wurde, bei maximaler Drehzahl um 8% kleiner als Jet-A war. Mit einem Gasturbinentriebwerk des gleichen Modells wie Französisch , Habib et al. getestet eine vielzahl von biodiesel und biokraftstoffe in 50% und 100% (B50, B100) volumetrische Mischungen mit Jet A-1. In Bezug auf den schubspezifischen Kraftstoffverbrauch (TSFC) unterschied sich der TSFC aller Testkraftstoffe bei höheren Drehzahlen nicht signifikant von dem von Jet A-1. Die Turbineneintrittstemperatur (TIT) für Biokraftstoffe war insgesamt höher als die von Jet A-1. Die Abgastemperatur (EGT) war für alle Testkraftstoffe ähnlich.

Chiang et al. testete eine 150 kW Teledyne RGT-3600 Mikrogasturbine, die mit einem nicht spezifizierten Biodiesel in volumetrischen Mischungen von 10%, 20% und 30% mit Diesel betrieben wird. Alle Biodieselmischungen wiesen über alle Leistungslasten hinweg ähnliche thermische Wirkungsgrade auf. Es wurde berichtet, dass nach 6-stündigem Betrieb von Biodieselmischungen an der Kraftstoffdüse Kohlenstoffablagerungen gefunden wurden . Krishna testete Soja-Biodiesel (SME) in volumetrischen Mischungen von 20%, 50% und 100% (B20, B50 und B100) mit ASTM Nummer 2 Heizöl in einer 30 kW Capstone CR30 gasbefeuerten Mikroturbine. Es wurde festgestellt, dass die Heizwirkungsgrade von Heizöl Nummer 2, B20 und B100 mit ungefähr 20% ähnlich waren. B50 heizung effizienz war höher durch 7%.

Ein Konsens zwischen den meisten verwandten Arbeiten besteht darin, dass kleinere Mengen Biodiesel, die mit dem Benchmark-Kraftstoff gemischt wurden, sei es Diesel oder Flugkerosin, die Leistungsfähigkeit der Testmotoren nicht nachteilig beeinflussten. In dieser Studie wird Palmöl-Biodiesel in 20% Volumen mit Jet A-1 getestet, um die Ergebnisse anderer Gasturbinenforschungstests an Biokraftstoffmischungen zu verifizieren. Darüber hinaus wurden höhere Konzentrationen von PME in Jet A-1-Mischungen in Simulationen des CM4-Triebwerks getestet.

2. Beschreibung des Geräts

Um ein funktionsfähiges Turbostrahltriebwerk für Bildungs- und Forschungszwecke bereitzustellen, modifizierte Armfield das alliierte Signal JFS100-13A in das CM4-Turbostrahltriebwerk. Eine schematische Darstellung des Motors ist in Abbildung 1 dargestellt. Das CM4-Turbostrahltriebwerk kann in fünf verschiedene Hauptkomponenten unterteilt werden: (i) Einlass; (ii) Zentrifugalverdichter; (iii) Brennkammer (Brenner); (iv) Axialturbine; und (v) Abgasdüse. Die obigen Komponenten sind in Abbildung 2 vereinfacht. Die Herstellerangaben für den JFS100 und damit für den CM4 sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 2 zeigt die Palette der Sensoren, die mit dem CM4-Turbojet ausgestattet waren, sowie die gemessenen Eigenschaften.

Abbildung 1

Armfield CM4-Turbostrahltriebwerk.

Abbildung 2

Schematische Darstellung der Motorkomponenten.

2.1. Herstellung von Testkraftstoffen

Palmöl-Biodiesel ist ein bernsteinfarbener Fettsäuremethylester, der im Vergleich zu Jet A-1-Kraftstoff, der strohhalm und weniger undurchsichtig ist, merklich viskos ist. Der in diesem Forschungsprojekt verwendete Jet A-1-Kraftstoff wurde von Petronas Malaysia bezogen, während Sime Darby den PME-Kraftstoff lieferte. Es wurde gefunden, dass sich PME gut mit Jet A-1 vermischt. Jedes Brennstoffvolumen wurde in einem Becherglas mit Hilfe eines Glasrührstabes gemischt. Es wurde festgestellt, dass die Mischungen ihre Struktur beibehalten und keine Trennung sichtbar war. Dies galt für die gesamte Dauer des Forschungsprojekts für Proben, die mehrere Monate aufbewahrt wurden. Darüber hinaus wurde kein sichtbares Wasser in den Kraftstoffmischungen zurückgehalten. Abbildung 3 zeigt Proben der Testbrennstoffe mit steigendem PME-Gehalt.

Abbildung 3

Test kraftstoff proben; von links nach rechts: Jet A-1, B20, B50, B70, und B100.

Jeder Brennstoff wurde auch auf seine Brennstofferwärmung oder Heizwerte (FHV) getestet. Dies geschah mit einem IKA C200 Sauerstoffbombenkalorimeter in Zusammenarbeit mit der Fakultät für Naturwissenschaften und der Technologie der Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). Jeder Test wurde dreimal durchgeführt, um einen mittleren FHV für jeden Kraftstoff zu erhalten. Tabelle 3 zeigt den FHV-Bereich für die Testbrennstoffe.

3. Experimentelles Verfahren

Alle Armfield CM4-Tests wurden im Propulsion Laboratory der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universiti Putra Malaysia durchgeführt. In allen Fällen wurden die größeren Verschlusstüren des Labors geöffnet, so dass der Auspuff des Motors nach außen aus dem Labor gelangen konnte. Die für den CM4-Motor durchgeführten Tests waren alle Kaltstarts. Dies bedeutet, dass während des Betriebs keine Kraftstoffumschaltung stattgefunden hat. Ähnlich wie bei den Experimenten von French und Krishna wurden keine Änderungen an der internen Turbomaschine des Testmotors vorgenommen.

Nach der Zündung erhielt der Motor etwa eine Minute Zeit, um einen stationären Zustand zu erreichen, wobei die Motordrehzahl bei mindestens 48000 U / min konstant blieb. Die Drosselklappe wurde langsam von 48000 U / min auf ungefähr 66000 U / min angehoben. Bei jedem 1000-U / min-Intervall wurde eine Abtastperiode von 10 Sekunden zugelassen, um zuverlässigere durchschnittliche Messwerte für jeden Sensor zu gewährleisten. Sobald die maximale Drehzahl erreicht und die relevanten Daten gemessen waren, wurde die Drosselklappe langsam in ähnlicher Weise dekremental auf 48000 U / min geschlossen. Die Probenahme wurde dann gestoppt, sobald die Mindestdrehzahl erreicht war. Tests für Jet A-1 und B20 wurden jeweils mindestens dreimal wiederholt.

Der Armfield CM4 ist mit einer PC-Schnittstelle für seine verschiedenen Sensoren ausgestattet. Die Werte für Temperatur, Druck, Motordrehzahl und gemessenen Schub werden in der Benutzeroberfläche angezeigt. Es wurde eine automatische Abtastrate alle zwei Sekunden eingestellt. Aufgrund von Sensorbeschränkungen, Die Brennereintritts- und Austrittsdrücke wurden als gleich angenommen, ebenso wie die Turbinenaustritts- und Düsenaustrittstemperaturen und .

3.1. Zyklusanalyse von Strahltriebwerken

Grundlage für die Berechnung von Leistungsparametern ist die Zyklusanalyse von Gasturbinen, wie Mattingly gezeigt hat. Das primäre Maß eines Turbostrahltriebwerks ist sein Schub F, der dargestellt wird durch wo ist der Gesamtmassenstrom, der aus der Abgasdüse austritt, ist die Düsenaustrittsgeschwindigkeit, ist der Luftstrom vor dem Triebwerkseinlass, ist die Freistromluftgeschwindigkeit, und der Begriff bezieht sich auf den Schubbeitrag aus der Druckdifferenz am Düsenausgang. Die nächsten zu berechnenden Leistungsparameter für das Turbostrahltriebwerk sind der spezifische Schub, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis und der schubspezifische Kraftstoffverbrauch . Gleichung (2) zeigt die Gleichungen, die verwendet werden, um die oben genannten Parameter zu erhalten. Der FHV wird als konstant dargestellt :Nach den obigen Berechnungen, der Motor thermisch, treibend, und Gesamtwirkungsgrade , , und werden wie in Für den Brennerabschnitt gezeigt erhalten, Der Brennerwirkungsgrad wird erhalten, wobei sich der Begriff auf das Verhältnis von Brenneraustritts- und -eintrittstemperaturen bezieht .

Um die Versuchsergebnisse aufgrund der unterschiedlichen Umgebungstemperatur zu normalisieren, wurden Korrekturen der Leistungsparameter in Bezug auf Standard-Meeresspiegelbedingungen vorgenommen. Diese Korrekturen sind unten von (5) aufgeführt. Die übrigen Leistungsparameter wurden dann wie zuvor anhand der korrigierten Werte berechnet. Die dimensionslosen Variablen und beziehen sich auf die Station Druck oder Temperaturverhältnisse in Bezug auf Standard-Meeresspiegeldruck und Temperatur 101,3 kPa und 288,2 K:

4. Experimentelle Ergebnisse

Wie bereits erwähnt, waren die experimentell getesteten Brennstoffe Jet A-1 und B20. Da nur berücksichtigt wird, dass der direkt betroffene Schub die Drosselklappe ist, werden die meisten Ergebnisse gegen die Motordrehzahl oder Drehzahl angezeigt. Abbildung 4 zeigt die Änderungen der Schmieröltemperatur für beide Kraftstoffe. Die Schmierölaustrittstemperatur für B20 ist ab 55000 U/min deutlich höher als bei Jet A-1. Der größte Anstieg der Schmieröltemperatur ist von 343,2 K auf 368,6 K bei 61000 U / min, ein Anstieg von 7,4%. Dies würde bedeuten, dass die Turbomaschinen bei der Verwendung von B20-Kraftstoff stärker belastet werden. Die höheren Schmieröltemperaturen können auch auf die höheren Turbinentemperaturen während der B20-Tests zurückzuführen sein, die in Abbildung 5 dargestellt sind.

Abbildung 4

Schmieröltemperaturen für B20 und Jet A-1.

Abbildung 5

Turbineneintritts- und Austrittstemperaturen für B20, Jet A-1.

Die Schubänderung für B20 von Jet A-1 ist in Abbildung 6 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass B20, abgesehen von einem Schubabfall von 2% bis 4% im mittleren Drehzahlbereich, eine vergleichbare Leistung wie Jet A-1 erbringt, so dass der Schubunterschied ab 61000 U / min weniger als 1,5% beträgt.

Abbildung 6

Korrigierte Schublinien für B20 und Jet A-1.

Die Abbildungen 6, 7, 8 und 9 zeigen einen interessanten Trend für die Leistung des CM4, der auf Jet A-1 und B20 läuft. Die prozentualen Unterschiede zwischen den Auswirkungen der beiden Kraftstoffe auf den Schub sind sehr gering, höchstens etwa 4%, mit zunehmender Ähnlichkeit im hohen Drehzahlbereich. Die Ergebnisse stimmen mit Krishna überein , wobei kleinere Mengen Biodiesel im Benchmark-Kraftstoff nicht zu einem signifikanten Leistungsabfall führten. Der Trend konvergierender Parameter in Richtung maximaler Drehzahl setzt sich bei Luft- und Kraftstoffdurchfluss und schubspezifischem Kraftstoffverbrauch fort. Dies deutet darauf hin, dass eine 20% ige Mischung von PME mit Jet A-1 lebensfähig ist, insbesondere bei höheren Drehzahlen. Der CM4 verzeichnete jedoch immer noch einen leichten Anstieg des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, bevor er 60000 U / min erreichte. Dies ist nur auf den etwas niedrigeren FHV von B20 zurückzuführen. Dies bedeutet, dass etwas mehr B20-Kraftstoff benötigt wird, um die gleiche Leistung wie die von Jet A-1 zu erzielen.

Abbildung 7

Korrigierte Kraftstoffdurchflussrate für B20 und Jet A-1.

Abbildung 8

Kraftstoff-Luft-Verhältnis für B20- und Jet A-1-Kraftstoffe.

Abbildung 9

Korrigierter schubspezifischer Kraftstoffverbrauch für B20 und Jet A-1.

Wie bei den früheren Leistungsindikatoren schnitt B20 hinsichtlich des thermischen Wirkungsgrads vergleichbar mit Jet A-1 ab (Abbildung 10); Die Unterschiede im Vortriebswirkungsgrad sind jedoch deutlicher, wobei Jet A-1 bei den höheren Motordrehzahlen einen besseren Vortriebswirkungsgrad aufweist, wie in Abbildung 11 gezeigt. Dies führt zu einem ähnlichen prozentualen Unterschied für die Gesamteffizienz (Abbildung 12). Der höhere Treibwirkungsgrad für Jet A-1 ist auf sein niedrigeres Kraftstoff-Luft-Verhältnis zurückzuführen (Abbildung 8).

Abbildung 10

Thermische Effizienz für B20 und Jet A-1.

Abbildung 11

Antriebseffizienz für B20 und Jet A-1.

Abbildung 12

Gesamteffizienz für B20 und Jet A-1.

Eine offensichtlichere Änderung der Komponentenleistung ist im Brennerabschnitt zu sehen, der in Abbildung 13 deutlicher dargestellt ist. Durch die Verbrennung von B20 stieg der Wirkungsgrad der Brennkammer im Durchschnitt um etwa 2%. Der höhere Brennerwirkungsgrad ist auf die Vollständigkeit des Verbrennungsprozesses zurückzuführen, die auf den Sauerstoffgehalt des Biodiesels zurückzuführen ist. Dies hängt auch mit den zuvor erwähnten höheren Turbinentemperaturen zusammen.

Abbildung 13

Brennereffizienz für B20 und Jet A-1.

5. GasTurb-Analyse

Aufgrund experimenteller Einschränkungen und Bedenken hinsichtlich der Integrität der Kraftstoffleitung und der Zündzeiten für Biodieselmischungen mit höherer Dichte wurde die Leistung des Armfield CM4 unter Verwendung von B50-, B70- und B100-Kraftstoffen simuliert, um Leistungstrends nach dem Wechsel von Jet A-1 zu erhalten. Dies geschah mit GasTurb 11, einem von Kurzke entwickelten Simulationsprogramm für die Leistung von Gasturbinen . Ein früherer Build von GasTurb wurde von Habib et al. bei der Vorhersage der Leistung von 100% Biodiesel nach experimentellen Tests für 10, 20 und 30% Biodieselmischungen mit Petrodiesel. Die Liste der für die Simulationen verwendeten GasTurb-Eingänge für jeden Testkraftstoff ist in Tabelle 4 dargestellt, während Abbildung 14 das physikalische Modell des simulierten Motors auf der Grundlage der angegebenen Eingänge zeigt. Angesichts des kleinen Maßstabs, den GasTurb verwendet, ist ersichtlich, dass die Leistung der Simulation für kleine Motoren wie den CM4 plausibel ist.

Abbildung 14

Motormodell von GasTurb gerendert 11.

Es mussten mehrere Annahmen und Iterationen getroffen werden, um dem tatsächlichen CM4-Motor so nahe wie möglich zu kommen. Da die Hauptleistungsdaten Schub beinhalten würden, bestand die Priorität darin, eine Simulation mit ähnlicher Schubleistung wie der reale CM4 zu haben. Die beiden für Jet A-1 und B20 erzeugten Schublinien sind in Abbildung 15 im Vergleich zu ihren experimentellen Gegenstücken dargestellt. Es wird gezeigt, dass die Simulationen in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen für Schub sind. Abbildung 16 zeigt die korrigierten Schublinien für jeden simulierten Kraftstoff vom Leerlauf bis zur maximalen Motordrehzahl, während Abbildung 17 den TSFC-Trend für alle Kraftstoffe zeigt.

Abbildung 15

Simulation und experimentelle korrigierte Schublinien mit Jet A-1- und B20-Kraftstoffen.

Abbildung 16

Simulation korrigiert Schub für alle Testkraftstoffe.

Abbildung 17

Simulation korrigierte TSFC für alle Testkraftstoffe.

Der mit zunehmendem PME-Volumen erzeugte Schub nahm von den Jet A-1-Benchmarkwerten über alle Motordrehzahlen ab. Die Schubreduzierung wurde bei B70- und B100-Kraftstoffen ausgeprägter. In GasTurb betrug der maximale SSL-korrigierte Schub von Jet A-1 219,4 N, der für B20, B50, B70 und B100 auf 215,4 N, 210,4 N, 203,7 N und 194,1 N abnahm. Der größte Faktor für die Abnahme des Schubs war die Verringerung des FHV für jede aufeinanderfolgende Biodieselmischung. Es wird auch gezeigt, dass ein gerader 100% PME-Kraftstoff nicht wünschenswert ist, da der maximale Schub um ungefähr 12% verringert wird. Die TSFC für jeden Kraftstoff zeigte, dass die Leitungen für Jet A-1, B20 und B50 ziemlich nahe beieinander lagen, mit verbessertem TSFC für B20 und B50 bei den niedrigeren Motordrehzahlen und konvergierenden Werten mit Jet A-1 in Richtung maximaler Drehzahl mit etwas höheren Werten bei 66000 U / min. Die Erhöhungen der TSFC sind für B70 und B100 viel ausgeprägter, mit Erhöhungen von 11% und 18% bei maximaler Drehzahl.

Die Änderungen des thermischen Wirkungsgrads für jeden Prüfkraftstoff bei allen Motordrehzahlen sind in Abbildung 18 dargestellt. Es kann gesehen werden, dass mit der Verwendung von B20 und B50 von Leerlaufdrehzahl auf ungefähr 63000 U / min verbessert wird, wonach Jet A-1 bis zur maximalen Motordrehzahl besser ist. Der thermische Wirkungsgrad verschlechterte sich von Jet A-1-Werten unter B100 auf 2,11% vom optimalen Jet A-1, der bei maximaler Drehzahl 2,45% betrug.

Abbildung 18

Simulation thermische Wirkungsgrade für alle Testbrennstoffe.

Die Ergebnisse der Simulationen für alle Prüfkraftstoffe bei maximaler Drehzahl sind in Tabelle 5 dargestellt. Der Anstieg des spezifischen Kraftstoffverbrauchs für B100 beträgt fast 20% gegenüber dem von Jet A-1. Der Gesamtwirkungsgrad des Motors nahm mit zunehmendem PME-Gehalt ab. Dies ist ein Hinweis auf den niedrigeren FHV für die Biokraftstoffe, was zu einem höheren Kraftstoffdurchfluss und Kraftstoffverbrauch führt.

6. Schlussfolgerung und Empfehlungen

Ziel dieser experimentellen Arbeit war es, die Leistung des Armfield CM4-Turbojets zu bestimmen, der auf einem Spektrum von Mischungen aus Palmöl-Biodiesel und Jet A-1 läuft. Es wurde festgestellt, dass B20 ähnliche Schubmengen wie Jet A-1 erzeugte, insbesondere im höheren Drehzahlbereich. Zu den Kompromissen bei der Verwendung von Biodiesel gehören ein geringfügig höherer Kraftstoffdurchfluss, ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis und ein spezifischer Kraftstoffverbrauch, aber aus den B20-Daten ging hervor, dass der Anstieg dieser Werte minimal war und sich in einem Bereich von 0-5% befand. Darüber hinaus war der thermische Wirkungsgrad für B20 von ähnlichem Kaliber wie für Jet A-1, während der Antriebs- und Gesamtwirkungsgrad bei maximaler Drehzahl leicht abnahm. Der Brennerwirkungsgrad verbesserte sich mit der Verbrennung von B20 aufgrund seines höheren Sauerstoffgehalts.

Mit konzentrierteren Mischungen von PME und Jet A-1 wurde festgestellt, dass der erzeugte Nettoschub in größeren Graden mit zunehmendem PME-Gehalt abnahm. Der Schub für Jet A-1, B20 und B50 war von vergleichbaren Werten, während B70 und B100 im Vergleich schlecht abschnitten. Aus den Ergebnissen ging hervor, dass die Schwelle des Volumengehalts für PME vor einem spürbaren Leistungsabfall bei 50% lag. Es sollte auch beachtet werden, dass die Temperaturen achtern des Brenners proportional zu einem Anstieg des PME-Gehalts zunahmen.

Die Nachteile von PME waren höhere Turbineneintritts- und -austrittstemperaturen sowie sein inhärent niedrigerer Heizwert. Die langfristigen Auswirkungen von Biodieseltests in Turbostrahltriebwerken wurden noch nicht untersucht, insbesondere in Bezug auf Brennkammer- und Turbinenauskleidung sowie Kraftstofffördersysteme. Während B20 mit Jet A-1 vergleichbar gut abschneidet, müssen sein niedrigerer FHV und seine höhere Viskosität berücksichtigt werden, um die Leistung der Mischung zu optimieren und die Verschlechterung der Kraftstofffördersysteme zu minimieren.

In Bezug auf das Gesamtbild der weit verbreiteten Verwendung in Flugzeugtriebwerken gab es zwar Fälle von kommerziellen Flügen, bei denen 50% ige Mischungen von Fettsäuremethylester-Biodiesel mit Flugkerosin verwendet wurden, Eine solche Praxis wurde jedoch aufgrund von Fragen der Wirtschafts- und Energiekosten und der Verfügbarkeit von Biodiesel in großen Mengen nicht formell institutionalisiert. Wie diese Forschung jedoch gezeigt hat, ist PME ein brauchbarer Kraftstoff für Mikroturbinenanwendungen sowohl in der Stromerzeugung als auch in unbemannten oder ferngesteuerten Luftfahrzeugen.

Nomenklatur

Stationsnummerierung und Indizes

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt bezüglich der Veröffentlichung dieses Artikels besteht.

Danksagung

Diese Arbeit wurde von der Universiti Putra Malaysia (UPM), dem Research University Grant Scheme (RUGS) unter der Projektnummer 05-01-09-0719RU sowie dem technischen Support der Abteilung für Luft- und Raumfahrttechnik von UPM stark unterstützt. Dank gilt auch dem Food Research Laboratory an der Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) für die Bereitstellung der kalorimetrischen Tests der Testbrennstoffe.