Performance Evaluation of a Small Scale Turbojet Engine Running on Palm Oil Biodiesel Blends

Abstract

de experimentele en gesimuleerde prestaties van een Armfield CM4 turbojet engine werden onderzocht voor palmolie methylester biodiesel (PME) en de mengsels daarvan met conventionele Jet a-1 brandstof. De volumetrische mengsels van PME met Jet A-1 zijn 20, 50, 70 en 100% (B20, B50, B70 en B100). De waarden voor het verwarmen van brandstof (FHV) van elk brandstofmengsel werden verkregen door calorimetrische analyse. De experimentele tests omvatten prestatietests voor Jet A-1 en B20, terwijl de prestaties van B50 tot B100 werden gesimuleerd met behulp van gasturb 11 analytische software. In termen van maximale gemeten stuwkracht, Jet A-1 leverde de hoogste waarde van 216 N, afnemend met 0,77%, 4%, 8% en 12% met B20, B50, B70 en B100. Er werd vastgesteld dat B20 vergelijkbare resultaten opleverde in vergelijking met de benchmark Jet a-1-tests, met name wat betreft stuwkracht en thermische efficiëntie. Vanwege de lagere energie-inhoud van de biodieselmengsels werden er lichte prestatiesancties opgelegd. De efficiëntie van de combustor verbeterde door de toevoeging van biodiesel, terwijl de andere efficiëntieverbeteringen collectief consistent bleven. Dit onderzoek toont aan dat PME, althans voor grotere gasturbines, geschikt is voor gebruik als additief voor Jet A-1 Binnen 50% mengsels.

1. Inleiding

er bestaat een algemene consensus binnen de literatuur dat fossiele brandstoffen die worden gebruikt voor de productie van kerosinebrandstof van luchtvaartkwaliteit, afnemen. Koh en Ghazoul verwachtten een piek olieproductie scenario in de jaren 2010-2020, ervan uitgaande dat het wereldwijde olieverbruik stijgt tot 118 miljoen vaten per dag in 2030. Nygren et al. verwacht wordt dat de groei van het burgerluchtvaartverkeer met 5% per jaar zal toenemen, terwijl het brandstofverbruik met 3% per jaar zal stijgen. Lee et al. verwacht wordt dat de groei van het luchtvaartverkeer de komende twintig jaar met 4,5% tot 6% per jaar zal toenemen, waarbij het verkeer om de 15 jaar zal verdubbelen. Dit wordt verder ondersteund door het recente rapport van Deloitte , waarin wordt verwacht dat de vraag naar passagiersvervoer de komende 20 jaar met 5% zal toenemen, wat bijdraagt tot een toename van de vliegtuigproductie. Ondanks de verbeteringen in de brandstofefficiëntie van vliegtuigen sinds 1960 moeten verdere inspanningen worden geleverd om de afhankelijkheid van traditionele brandstofbronnen te verminderen en de huidige brandstoffen op basis van benzine te vervangen.

Biodiesel wordt geproduceerd door het omesteren van zuivere plantaardige of organische oliën door de triglyceridemoleculen te vervangen door lichtere alcoholmoleculen zoals methanol of ethanol. De reactie wordt uitgevoerd met een sterke basiskatalysator, die naast omgeestificeerde plantaardige oliën (biodiesel) glycerol produceert . Canakci et al. beweerde dat de CO2-emissies van biodiesel worden gecompenseerd door fotosynthese. In aanvulling op de koolstof offset, biodiesel is niet giftig, bevat geen aromaten of zwavel, heeft een hogere biologische afbreekbaarheid, en is minder vervuilend voor water en bodem bij morsen, in tegenstelling tot kerosine . Bovendien bevatten biodiesel geen sporenmetalen, carcinogenen zoals polyaromatische koolwaterstoffen en andere verontreinigende stoffen die rechtstreeks schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid . Door Chan et werd een significante vermindering van de uitstoot van deeltjes gemeld. al toen ze een mengsel van 50% volume van camelina-gebaseerde hydro-verwerkte biojet brandstof met F-34 jet brandstof in een T-56 turbo-prop Motor.

op korte en middellange termijn kan biodiesel uit palmolie (PME) worden gebruikt als primaire bron voor de productie van biodiesel. Volgens Sumathi et al. de teelt en verwerking van oliepalmen vereisen weinig input van agrochemische meststoffen en fossiele brandstoffen om 1 ton olie te produceren. Uit 2007 gegevens verzameld door Sumathi et al. , de olieopbrengst van oliepalm was 3.74 ton / hectare / jaar, dat is 10 keer meer dan soja in dezelfde periode (0,38 ton/hectare/jaar). Dit maakt oliepalm momenteel het hoogstrenderende oliegewas ter wereld, en daarmee een aantrekkelijke biodieselvervanger of-aanvulling op luchtvaartkerosine. Dit wordt ondersteund door het werk van Chong en Hochgreb dat meldde dat de emissies per eenheid energie worden verminderd door het gebruik van PME in vergelijking met diesel en Jet A.

Frans testte de prestaties van een turbine technologies SR-30 turbojet gasturbinemotor met canola-olie biodiesel. Er werd vastgesteld dat de maximale stuwkracht van de biodiesel bij maximaal toerental 8% lager was dan Jet-A. Met behulp van een gasturbinemotor van hetzelfde model als French , Habib et al. testte een verscheidenheid aan biodiesel en biobrandstoffen in volumetrische mengsels van 50% en 100% (B50, B100) met Jet A-1. In termen van thrust specific fuel consumption (TSFC) verschilde de TSFC van alle testbrandstoffen bij hoger toerental niet significant van die van Jet A-1. De inlaattemperatuur van de turbine (TIT) voor biobrandstoffen was hoger dan die van Jet a-1 in het algemeen. De uitlaatgastemperatuur (EGT) was voor alle testbrandstoffen vergelijkbaar.

Chiang et al. testte een 150 kW Teledyne RGT-3600 micro gasturbine die op een niet-gespecificeerde biodiesel in volumetrische mengsels van 10%, 20% en 30% met diesel. Alle biodieselmengsels hadden vergelijkbare thermische efficiëntie bij alle energiebelastingen. Er werd gemeld dat koolstofafzettingen werden gevonden na 6 uur gebruik van biodieselmengsels op het brandstofmondstuk . Krishna testte soja-biodiesel (SME) in volumetrische mengsels van 20%, 50% en 100% (B20, B50 en B100) met ASTM nummer 2 stookolie in een 30 kW deksteen CR30 gasgestookte microturbine. Er werd vastgesteld dat de verwarmingsefficiëntie van stookolie nummer 2, B20 en B100 vergelijkbaar was, met ongeveer 20%. De B50-verwarmingsefficiëntie was 7% hoger.

de meeste verwante fabrieken zijn het erover eens dat kleinere hoeveelheden biodiesel die met de referentiebrandstof zijn gemengd, of het nu diesel-of vliegtuigkerosenbrandstoffen zijn, de prestatiecapaciteiten van de testmotoren niet negatief hebben beïnvloed. In deze studie wordt biodiesel uit palmolie in 20% volume Getest met Jet A-1 om de bevindingen van andere gasturbinetests op biobrandstofmengsels te verifiëren. Bovendien werden hogere concentraties PME in Jet a-1-mengsels getest in simulaties van de CM4-Motor.

2. Beschrijving van het apparaat

om een functionele turbojetmotor voor onderwijs-en onderzoeksdoeleinden te leveren, heeft Armfield de allied signal JFS100-13A gewijzigd in de CM4 turbojetmotor. Figuur 1 toont een schema van de motor. De CM4 turbojet motor kan worden onderverdeeld in vijf verschillende hoofdcomponenten: (I) inlaat; (ii) centrifugaalcompressor; (iii) combustor (brander); (iv) axiale turbine; en (v) uitlaatspuit. De bovenstaande componenten zijn vereenvoudigd in Figuur 2. De specificaties van de fabrikant voor de JFS100 en, bij uitbreiding, de CM4 zijn samengevat in Tabel 1. Tabel 2 toont het bereik van sensoren die zijn uitgerust met de CM4 turbojet en de gemeten eigenschappen.

Model en type JFS100-13A
Compressor luchtinlaat aan de voorzijde van de eenheid
Eentraps radiale uitstroom
Air mass flow 0.726 kg/s bij 72500 rpm
Compressie verhouding 3.5 : 1
Verbranders Ringvormige brandstof verdeler montage
Vijf simplex brandstof pijpen
Turbine 1-fase axiale turbine
de Maximale temperatuur van 1000°C
Breedte en hoogte 302.26 mm en 304.80 mm
Lengte 558.80 mm
Gewicht 37.195 kg droge
38.102 kg met glijmiddel
Brandstof K-1 kerosine of Jet-Een
Vermogen 67.11 kW bij 60400 rpm
Maximale stuwkracht 300 tot 400 N optimale
CM4 optimale toerental 70000 rpm
CM4 uitlaat gas temperatuur Maximaal 800°C
Tabel 1
Fabrikant en originele specificaties van de apparaten.

Locatie Sensor type Gemeten parameters
Inlaat Type K Thermokoppel Inlaat temperatuur
Compressor Type K Thermokoppel Invoer temperatuur
pitotbuis Invoer druk
Type K Thermokoppel Afsluiten temperatuur
pitotbuis Exit pressure
Turbine Type K Thermocouple Entry temperature
Type K Thermocouple Exit temperature
Pitot tube Exit pressure
Nozzle Type K Thermocouple Exit temperature
Pitot tube Exit pressure
Starter gear Magnetic pickup optical sensor (0–100000 rpm) As snelheid
Tussen de voorkant van de motor en het frame van de test rig Load cell Stuwkracht
Tabel 2
CM4-sensoren en-plaatsingen.

figuur 1

Armfield CM4 turbojet motor.

Figuur 2

schematische indeling van motoronderdelen.

2.1. Bereiding van testbrandstoffen

biodiesel uit palmolie is een methylester van vetzuur die amberkleurig is en duidelijk visceus is in vergelijking met Jet-a-1-brandstof, die stro is en minder ondoorzichtig van kleur. De Jet a-1-brandstof die in dit onderzoeksproject wordt gebruikt, is afkomstig van Petronas Malaysia, terwijl Sime Darby de PME-brandstof levert. PME mengt zich gemakkelijk met Jet A-1. Elk volume brandstof werd gemengd in een glazen beker met behulp van een glazen roerstaaf. De mengsels bleken hun structuur te behouden en er was geen scheiding zichtbaar. Dit geldt voor de gehele duur van het onderzoeksproject voor monsters die meerdere maanden werden bewaard. Bovendien bleef er geen zichtbaar water achter in de brandstofmengsels. Figuur 3 toont monsters van de testbrandstoffen die het PME-gehalte verhogen.

Figuur 3

testbrandstofmonsters; van links naar rechts: Jet A – 1, B20, B50, B70 en B100.

elke brandstof werd ook getest op zijn brandstofverwarmings-of calorische waarden (FHV). Dit werd gedaan met behulp van een Ika C200 zuurstofbom calorimeter in samenwerking met de Faculteit Wetenschappen en technologie van de Universiti Kebangsaan Maleisië (UKM). Elke test werd driemaal uitgevoerd om een gemiddelde FHV voor elke brandstof te verkrijgen. Tabel 3 toont het bereik van FHV voor de testbrandstoffen.

Brandstof Jet A-1 B20 B50 B70 B100
Brandstof verwarming-waarde
(MJ/kg)
46.190 44.905 42.824 41.548 39.964
Tabel 3
brandstofverwarmingswaarden voor Jet a-1-en PME-mengsels.

3. Experimentele Procedure

alle Armfield CM4-tests werden uitgevoerd in het Voortstuwingslaboratorium van de Faculteit Ingenieurswetenschappen, Universiti Putra Maleisië. In alle gevallen werden de grotere sluiterdeuren van het laboratorium zo geopend dat de uitlaat van de motor naar buiten zou gaan. De tests voor de CM4 Motor waren allemaal koudstarten. Dit betekent dat er tijdens het gebruik geen brandstof is gewisseld. Vergelijkbaar met de experimenten van French en Krishna , werd er geen wijziging aangebracht in de interne turbomachine van de testmotor.

bij ontsteking kreeg de motor ongeveer één minuut de tijd om een stabiele toestand te bereiken waarbij het motortoerental constant bleef bij minimaal 48000 tpm. Het gaspedaal werd langzaam verhoogd van 48000 tpm naar ongeveer 66000 tpm. Bij elk 1000 omw / min interval werd een bemonsteringsperiode van 10 Seconden toegestaan om betrouwbaardere gemiddelde metingen voor elke sensor te garanderen. Zodra het maximale toerental werd bereikt en de relevante gegevens werden gemeten, werd het gaspedaal langzaam gesloten op een vergelijkbare, afnemende manier terug naar 48000 toerental. De bemonstering werd vervolgens stopgezet zodra het minimale toerental was bereikt. Tests voor Jet A-1 en B20 werden elk ten minste driemaal herhaald.De Armfield CM4 is uitgerust met een PC-interface voor de verschillende sensoren. De waarden van temperatuur, druk, motortoerental en gemeten stuwkracht worden weergegeven in de gebruikersinterface. Er werd een automatische bemonsteringssnelheid van elke twee seconden ingesteld. Vanwege sensorbeperkingen, de branderinlaat en uitgangsmeter drukken en werden geacht gelijk te zijn, evenals de turbine uitgang en nozzle uitgang temperaturen en .

3.1. Analyse van de straalmotorcyclus

de basis voor de berekening van prestatieparameters is de cyclusanalyse van gasturbines, zoals door Mattingly is aangetoond . De primaire maat van een turbojetmotor is de stuwkracht F, die wordt weergegeven door waar de totale massastroom uit de uitlaatpijp komt, de uitlaatsnelheid van de spuitmond is, de luchtstroom vóór de motorinlaat is, de luchtsnelheid van de vrije stroom is, en de term verwijst naar de stuwkrachtbijdrage van het drukverschil bij de uitlaat van de spuitmond. De volgende prestatieparameters voor de turbojet-motor die moeten worden berekend , zijn de specifieke stuwkracht , brandstof-luchtverhouding en het specifieke brandstofverbruik . Vergelijking (2) toont de vergelijkingen die worden gebruikt om de bovengenoemde parameters te verkrijgen. De FHV wordt weergegeven als constant: op basis van de bovenstaande berekeningen, de thermische, voortstuwende en totale efficiëntie van de motor, en worden verkregen zoals aangegeven in het brandergedeelte, wordt de branderefficiëntie verkregen uit waar de term verwijst naar de verhouding tussen de temperatuur van de brander bij het verlaten van de brander en de inlaattemperatuur .

om de resultaten van de experimenten te normaliseren vanwege de verschillende omgevingstemperatuur , werden correcties aangebracht aan de prestatieparameters ten opzichte van de standaard zeeniveau-omstandigheden. Deze correcties worden hieronder vermeld in (5). De overige prestatieparameters werden vervolgens berekend op basis van de gecorrigeerde waarden. De dimensieloze variabelen hebben betrekking op de stationsdruk – of temperatuurverhoudingen ten opzichte van de standaard zeeniveaudruk en-temperatuur 101,3 kPa en 288,2 K:

4. Experimentele resultaten

zoals eerder vermeld, waren de experimenteel geteste brandstoffen Jet A-1 en B20. Omdat alleen rekening wordt gehouden met het feit dat de direct aangetaste stuwkracht het gaspedaal is, worden de meeste resultaten weergegeven tegen het motortoerental of het toerental. Figuur 4 toont de veranderingen in de temperatuur van de smeerolie voor beide brandstoffen. De uitlaattemperatuur van de smeerolie voor B20 is duidelijk hoger dan die van Jet A-1, vanaf 55000 tpm. De grootste stijging van de temperatuur van de smeerolie is van 343,2 K tot 368,6 K bij 61000 tpm, een stijging van 7,4%. Dit zou betekenen dat bij het gebruik van B20-brandstof meer druk op de turbomachine wordt uitgeoefend. De hogere smeerolietemperaturen kunnen ook worden toegeschreven aan de hogere turbinetemperaturen tijdens de B20-tests, zoals weergegeven in Figuur 5.

Figuur 4

Smeerolietemperaturen voor B20 en Jet A-1.

Figuur 5

Turbine Inlaat en uitgang temperaturen voor B20, Jet A-1.

de verandering in stuwkracht voor B20 ten opzichte van Jet A-1 is weergegeven in Figuur 6. Men kan zien dat B20, met uitzondering van een daling van de stuwkracht van 2 tot 4% bij het middenbereik van het motortoerental, vergelijkbaar presteert met Jet A-1, tot het punt dat vanaf 61000 tpm het verschil in stuwkracht minder dan 1,5% bedraagt.

Figuur 6

gecorrigeerde stuwkrachtlijnen voor B20 en Jet A-1.

de figuren 6, 7, 8 en 9 laten een interessante trend zien voor de prestaties van de CM4 die op Jet A-1 en B20 draait. De procentuele verschillen tussen de invloed van de twee brandstoffen op de stuwkracht zijn zeer klein, ten hoogste ongeveer 4%, met toenemende overeenkomst bij het hoge toerentalbereik. De bevindingen stemmen overeen met die van Krishna , waarbij kleinere hoeveelheden biodiesel in de referentiebrandstof niet tot een aanzienlijke daling van de prestaties hebben geleid. De trend van convergerende parameters in de richting van maximaal toerental zet zich voort voor lucht-en brandstofdebiet-en stuwkrachtspecifiek brandstofverbruik. Dit wijst erop dat een mengsel van 20% PME met Jet A-1 levensvatbaar is, met name bij een hoger toerental. De CM4 zag echter nog steeds een kleine toename in brandstof-luchtverhouding en specifiek brandstofverbruik voordat hij 60000 tpm bereikte. Dit kan alleen worden toegeschreven aan de iets lagere FHV van B20. Dit betekent dat er iets meer B20-brandstof nodig is om dezelfde prestaties te bereiken als die van Jet A-1.

Figuur 7

gecorrigeerd brandstofdebiet voor B20 en Jet A-1.

Figuur 8

brandstof-luchtverhouding voor B20-en Jet a-1-brandstoffen.

figuur 9

gecorrigeerd stuwkrachtspecifiek brandstofverbruik voor B20 en Jet A-1.

net als bij de eerdere prestatie-indicatoren presteerde B20 vergelijkbaar met Jet A-1 voor wat betreft het thermisch rendement (Figuur 10); de verschillen in het stuwkrachtrendement zijn echter duidelijker, aangezien Jet A-1 bij de hogere motortoerentallen een beter stuwkrachtrendement heeft, zoals blijkt uit Figuur 11. Dit leidt tot een vergelijkbaar percentage van het verschil voor de totale efficiëntie (Figuur 12). Het hogere stuwkrachtrendement voor Jet A-1 is te danken aan de lagere brandstof-luchtverhouding (Figuur 8).

Figuur 10

thermische efficiëntie voor B20 en Jet A-1.

Figuur 11

stuwkracht voor B20 en Jet A-1.

Figuur 12

algemene efficiëntie voor B20 en Jet A-1.

een duidelijkere verandering in de prestaties van de onderdelen is te zien in het brandergedeelte, dat in Figuur 13 duidelijker wordt gemaakt. Door het verbranden van B20 steeg de combustor-efficiëntie gemiddeld met ongeveer 2%. De hogere branderefficiëntie is te wijten aan de volledigheid van het verbrandingsproces, wat te wijten is aan het zuurstofgehalte van de biodiesel. Dit houdt ook verband met de eerder genoemde hogere turbinetemperaturen.

Figuur 13

Branderefficiëntie voor B20 en Jet A-1.

5. GasTurb-analyse

vanwege experimentele beperkingen en bezorgdheid over de integriteit van de brandstofleiding en de ontstekingstijden voor biodieselmengsels met een hogere dichtheid, werden de prestaties van de Armfield CM4 met B50 -, B70-en B100-brandstoffen gesimuleerd om de prestatietrends te verkrijgen na de overstap van Jet A-1. Dit werd gedaan met behulp van GasTurb 11, een gasturbine performance simulation programma ontwikkeld door Kurzke . Een eerdere bouw van GasTurb werd gebruikt door Habib et al. bij het voorspellen van de prestaties van 100% biodiesel na het uitvoeren van experimentele tests voor 10, 20 en 30% biodiesel mengsels met petrodiesel. De lijst van GasTurb-ingangen die voor de simulaties voor elke testbrandstof worden gebruikt, is weergegeven in Tabel 4, terwijl Figuur 14 het fysieke model van de gesimuleerde motor op basis van de gespecificeerde ingangen toont. Gezien de kleine schaal die door GasTurb wordt gebruikt, kan worden vastgesteld dat de prestaties van de simulatie aannemelijk zijn voor kleine motoren zoals de CM4.

naam invoeren, zoals weergegeven in GasTurb 11 Vastgestelde referentie-variabele Waarde
Totaal temperatuur 300 K
de omgevingsdruk Pamb 101.1 kPa
relatieve vochtigheid 50% (gebaseerd op gemiddelde hygrometerwaarden in het laboratorium gedurende de testperiode)
inlaat Corr. Flow W2Rstd 0.767 kg/s (van experimentele resultaten voor Jet Een-1)
Druk-verhouding 2.63 (vastgesteld op basis van experimentele resultaten)
Brander afslag temperatuur 1133.3 K (Jet Een-1)
1150 K (B20)
Brander design-efficiëntie 0.82
Brandstof verwarming-waarde FHV of 46.190 MJ/kg (Jet A-1); afhankelijk van de test brandstof. FHV verkregen uit Tabel 3
Mechanische efficiëntie 0.8815 (als herhaald door GasTurb)
Compressor efficiëntie 0.77
Nominale spoel snelheid 66000 rpm
Turbine-efficiëntie 0.82
Tabel 4
GasTurb input parameters voor de cyclus analyse op 66000 rpm.

Figuur 14

motor model gerenderd door GasTurb 11.

verschillende veronderstellingen en herhalingen moesten worden gemaakt om zo dicht mogelijk bij de werkelijke CM4-motor te komen. Aangezien de belangrijkste prestatiegegevens betrekking zouden hebben op stuwkracht, was de prioriteit om een simulatie te hebben met een vergelijkbaar stuwkrachtvermogen als de echte CM4. De twee stuwstraallijnen die voor Jet A-1 en B20 worden geproduceerd, zijn weergegeven in figuur 15 in vergelijking met hun experimentele tegenhangers. Het blijkt dat de simulaties goed aansluiten bij de experimentele resultaten voor thrust. Figuur 16 toont de gecorrigeerde stuwkrachtlijnen voor elke gesimuleerde brandstof van stationair toerental tot maximaal motortoerental, terwijl figuur 17 de TSFC-trend voor alle brandstoffen weergeeft.

figuur 15

simulatie en experimentele gecorrigeerde stuwkrachtlijnen met behulp van Jet a-1-en B20-brandstoffen.

Figuur 16

simulatie gecorrigeerde stuwkracht voor alle testbrandstoffen.

figuur 17

simulatie gecorrigeerde TSFC voor alle testbrandstoffen.

de stuwkracht die werd geproduceerd met een toenemend PME-volume daalde ten opzichte van de Jet a-1-benchmarkwaarden voor alle motortoerentallen. De vermindering van de stuwkracht werd duidelijker met B70-en B100-brandstoffen. In GasTurb was de maximale SSL-gecorrigeerde stuwkracht van Jet A-1 219,4 N, die daalde tot 215,4 N, 210,4 N, 203,7 N en 194,1 n voor B20, B50, B70 en B100. De grootste factor in de daling van de stuwkracht was de vermindering van FHV voor elk opeenvolgende biodieselmengsel. Ook wordt aangetoond dat een rechte 100% PME-brandstof niet wenselijk is omdat de maximale stuwkracht met ongeveer 12% wordt verminderd. De TSFC voor elke brandstof toonde aan dat de lijnen voor Jet A-1, B20 en B50 vrij dicht bij elkaar lagen, met verbeterde TSFC voor B20 en B50 bij de lagere motortoerentallen en convergerende waarden met Jet A-1 naar maximaal toerental, met iets hogere waarden bij 66000 tpm. De stijgingen in TSFC zijn veel meer uitgesproken voor B70 en B100, met stijgingen van 11% en 18% bij maximaal toerental.

de veranderingen in het thermisch rendement voor elke testbrandstof bij alle motortoerentallen zijn weergegeven in figuur 18. Het kan worden gezien dat is verbeterd met het gebruik van B20 en B50 van stationair toerental tot ongeveer 63000 tpm, waarna Jet a-1 heeft beter tot maximaal motortoerental. De thermische efficiëntie verslechterde van Jet a-1 waarden onder B100, dalen tot 2,11% van de optimale Jet A-1, die 2,45% bij maximaal toerental.

figuur 18

thermische simulatie-efficiëntie voor alle testbrandstoffen.

de resultaten van de simulaties voor alle testbrandstoffen bij maximaal toerental zijn weergegeven in Tabel 5. De toename van het specifieke brandstofverbruik voor B100 is bijna 20% ten opzichte van dat van Jet A-1. De totale efficiëntie van de motor nam af met een toenemend PME-gehalte. Dit is een indicatie van de lagere FHV voor de biobrandstoffen, wat leidt tot een hogere brandstofstroom en een hoger brandstofverbruik.

6. Conclusie en aanbevelingen

het doel van deze experimentele werkzaamheden was het bepalen van de prestaties van de Armfield CM4 turbojet die draait op een spectrum van mengsels van biodiesel uit palmolie en Jet A-1. Er werd vastgesteld dat B20 vergelijkbare hoeveelheden stuwkracht produceerde als Jet A-1, met name bij het hogere toerentalbereik. De gevolgen van het gebruik van biodiesel omvatten een iets hogere brandstofstroom, brandstof-luchtverhouding en specifiek brandstofverbruik, maar uit de B20-gegevens bleek dat de stijging van deze waarden minimaal was, binnen een marge van 0-5%. Bovendien was de thermische efficiëntie voor B20 van hetzelfde kaliber als die van Jet A-1, terwijl de stuwkracht en de totale efficiëntie een lichte daling ondergingen bij maximaal toerental. De brander efficiëntie verbeterd met de verbranding van B20, als gevolg van het hogere zuurstofgehalte.

bij meer geconcentreerde mengsels van PME en Jet A-1 werd vastgesteld dat de netto stuwkracht die werd geproduceerd in grotere graden daalde met een toenemend PME-gehalte. De stuwkracht voor Jet A-1, B20 en B50 was van vergelijkbare waarden, terwijl B70 en B100 slecht presteerden in vergelijking. Uit de resultaten bleek dat de drempelwaarde van het volumetrische gehalte voor PME vóór een merkbare daling van de prestaties 50% bedroeg. Ook moet worden opgemerkt dat de temperaturen achter de brander in verhouding tot de toename van het PME-gehalte zijn gestegen.

de nadelen voor PME waren hogere inlaat-en uitlaattemperaturen van de turbine en de inherent lagere calorische waarde. De langetermijneffecten van het testen van biodiesel in turbinestraalmotoren zijn nog niet onderzocht, met name wat betreft de bekleding van de verbrandingsmotor en de turbine en de brandstoftoevoersystemen. Bovendien, terwijl B20 vergelijkbaar goed presteerde met Jet A-1, moeten de lagere FHV en hogere viscositeit worden aangepakt om de prestaties van het mengsel te optimaliseren en verslechtering van de brandstoftoevoersystemen te minimaliseren.

wat het grotere beeld van het wijdverbreide gebruik in vliegtuigmotoren betreft, zijn er weliswaar gevallen geweest van commerciële vluchten waarbij 50% – mengsels van biodiesel uit methylestervetzuur en luchtvaartkerosine werden gebruikt, maar een dergelijke praktijk is niet formeel geïnstitutionaliseerd vanwege kwesties als de economische en energiekosten en de beschikbaarheid van biodiesel in grote hoeveelheden. Uit dit onderzoek is echter gebleken dat PME een levensvatbare brandstof is voor microturbinetoepassingen in zowel elektriciteitsopwekking als onbemande of op afstand bestuurbare luchtvaartuigen.

Nomenclatuur

PME: Palm oil methyl ester biodiesel
XME: Methyl ester van biodiesel grondstof
BXX: XX% volume van de PME gemengd met Een Jet-1
: toerental (toeren per minuut)
: Brandstof verbrandingswaarde (FHV)
0: Gratis stream subscript
: de zeespiegel waarde gecorrigeerd subscript
: Temperatuur bij station
: Overdruk op het station
: Absolute druk bij station
: Netto stuwkracht
: luchtmassastroom
: Brandstof debiet
: Totale massastroom
: Snelheid op station
: Brandstof-lucht verhouding
: Specifieke stuwkracht
: De stuwkracht van het specifieke brandstofverbruik (TSFC)
: Snelheid van het geluid op het station
: Mach getal op het station
: Specifieke warmte capaciteit op het station
: Specifieke warmte-ratio bij station
: Temperatuur verhouding tussen stations
: Druk de verhouding tussen stations
: Efficiëntie
: Specifieke werkzaamheden voor de compressor of turbine
: Energie die door de compressor of turbine
: de zeespiegel waarde temperatuur en druk ratio ‘ s.

Nummering en Subscripten

belangenconflict

de auteurs verklaren dat er geen belangenconflict is met betrekking tot de publicatie van dit artikel.

Dankbetuigingen

dit werk werd sterk ondersteund door de Universiti Putra Malaysia (UPM), Research University Grant Scheme (tapijten) in het kader van project nr. 05-01-09-0719RU en het technisch ondersteunend personeel van de afdeling luchtvaart-en Ruimtevaarttechniek van UPM. Dank ook aan het Food Research Laboratory van de Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) voor het leveren van de calorimetrische testen van de testbrandstoffen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.