Ocena wydajności małego silnika turboodrzutowego wykorzystującego mieszanki biodiesla z oleju palmowego

Streszczenie

eksperymentalne i symulowane osiągi silnika turboodrzutowego Armfield CM4 badano dla biodiesla z estru metylowego oleju palmowego (PME) i jego mieszanek z konwencjonalnym paliwem odrzutowym A-1. Mieszanki objętościowe PME z Jet a-1 wynoszą 20, 50, 70 i 100% (B20, B50, B70 i B100). Wartości grzewcze paliwa (FHV) każdej mieszanki paliwowej uzyskano metodą analizy kalorymetrycznej. Testy eksperymentalne obejmowały testy wydajności dla odrzutowców A – 1 i B20, podczas gdy osiągi od B50 do B100 były symulowane przy użyciu oprogramowania analitycznego GasTurb 11. Pod względem maksymalnego mierzonego ciągu, Jet A-1 uzyskał najwyższą wartość 216 N, zmniejszając się o 0,77%, 4%, 8% i 12% z B20, B50, B70 i B100. Stwierdzono, że B20 uzyskał porównywalne wyniki w porównaniu z testami referencyjnymi Jet a-1, w szczególności w zakresie ciągu i sprawności cieplnej. Ze względu na niższą zawartość energii w mieszankach biodiesla wystąpiły niewielkie kary za wydajność. Wydajność komory spalania poprawiła się wraz z dodatkiem biodiesla, podczas gdy wydajność innych składników pozostała spójna zbiorczo. Badania te pokazują, że przynajmniej w przypadku większych turbin gazowych PME nadaje się do stosowania jako dodatek do Jet A-1 w 50% mieszanek.

1. Wprowadzenie

w literaturze panuje ogólna zgoda, że surowiec paliw kopalnych używany do produkcji paliwa naftowego klasy lotniczej maleje. Koh i Ghazoul spodziewały się scenariusza szczytowej produkcji ropy naftowej w latach 2010-2020, zakładając, że globalne zużycie ropy wzrośnie do 118 milionów baryłek dziennie w 2030 roku. Nygren et al. przewiduje się, że wzrost ruchu w lotnictwie cywilnym wzrośnie w tempie 5% rocznie, podczas gdy zużycie paliwa wzrośnie o 3% rocznie. Lee et al. przewiduje się, że w ciągu najbliższych dwudziestu lat wzrost ruchu lotniczego wzrośnie o 4,5% do 6% rocznie, przy czym ruch będzie się podwajał co 15 lat. Potwierdza to również niedawny raport Deloitte , w którym przewiduje się, że popyt na podróże pasażerskie wzrośnie o 5% w ciągu najbliższych 20 lat, przyczyniając się do wzrostu produkcji samolotów. Pomimo poprawy efektywności paliwowej samolotów od 1960 r., należy podjąć dalsze wysiłki w celu złagodzenia zależności od tradycyjnych źródeł paliwa i zastąpienia obecnych paliw opartych na benzynie.

Biodiesel jest produkowany przez transestryfikację czystych olejów roślinnych lub organicznych poprzez zastąpienie cząsteczek trójglicerydów lżejszymi cząsteczkami alkoholu, takimi jak metanol lub etanol. Reakcję prowadzi się z silnym katalizatorem zasadowym, wytwarzając glicerol oprócz transestryfikowanych olejów roślinnych (biodiesel) . Canakci et al. twierdził, że emisje biodiesla CO2 są kompensowane poprzez fotosyntezę. Oprócz jego kompensacji węgla, biodiesel jest nietoksyczny, nie zawiera związków aromatycznych lub siarki, ma wyższą biodegradowalność i jest mniej zanieczyszczający do wody i gleby po rozlaniu, w przeciwieństwie do nafty . Ponadto biodiesel nie zawiera metali śladowych, substancji rakotwórczych, takich jak węglowodory poliaromatyczne i innych zanieczyszczeń, które są bezpośrednio szkodliwe dla zdrowia ludzkiego . Znacząca redukcja emisji cząstek stałych została zgłoszona przez Chan et. al, gdy wykorzystali mieszankę 50% objętości hydrorafinowanego paliwa biojet z paliwem odrzutowym F-34 w turbodoładowanym silniku T – 56.

w perspektywie krótko-i średnioterminowej biodiesel z oleju palmowego (PME) może być wykorzystywany jako główne źródło produkcji biodiesla. Według Sumathi et al. , uprawa i przetwórstwo palmy olejowej wymagają niewielkiego wkładu nawozów agrochemicznych i paliw kopalnych do wytworzenia 1 tony oleju. Od 2007 dane zebrane przez Sumathi et al. , wydajność oleju z palmy olejowej wynosiła 3.74 Tony/hektar/rok, czyli 10 razy więcej niż soja w tym samym okresie (0,38 Tony / hektar / rok). To sprawia, że palma olejowa jest obecnie najbardziej wydajną rośliną oleistą na świecie, a zatem jest atrakcyjnym substytutem biodiesla lub uzupełnieniem nafty Lotniczej. Jest to poparte pracami wykonanymi przez Chong i Hochgreb, które poinformowały, że emisje na jednostkę energii są zmniejszone dzięki zastosowaniu PME w porównaniu do oleju napędowego i Jet A.

Francuski przetestował wydajność turbosprężarki turbinowej SR-30 z wykorzystaniem biodiesla z oleju rzepakowego. Stwierdzono, że maksymalny ciąg osiągany przez biodiesel był mniejszy niż Jet – A o 8% przy maksymalnej prędkości obrotowej. Korzystanie z silnika turbiny gazowej tego samego modelu, co Francuski, Habib et al. przetestowano różnorodne biodiesle i biopaliwa w 50% i 100% (B50, B100) mieszankach objętościowych z Jet a-1. Pod względem jednostkowego zużycia paliwa (TSFC) przy wyższych obrotach na minutę TSFC wszystkich badanych paliw nie różnił się znacząco od Jet a-1. Temperatura na wlocie turbiny (TIT) dla biopaliw była wyższa niż w Jet A-1 ogólnie. Temperatura spalin (EGT) była podobna dla wszystkich badanych paliw.

przetestował turbinę gazową Teledyne RGT-3600 o mocy 150 kW, działającą na nieokreślonym biodieslu w mieszankach objętościowych 10%, 20% i 30% z olejem napędowym. Wszystkie mieszanki biodiesla miały podobną wydajność cieplną we wszystkich obciążeniach. Zgłoszono, że po 6 godzinach pracy na mieszankach biodiesla na dyszy paliwa znaleziono złoża węgla . Krishna testował biodiesel sojowy (SME) w mieszankach objętościowych 20%, 50% i 100% (B20, B50 i B100) z olejem opałowym ASTM nr 2 w mikroturbinie gazowej capstone CR30 o mocy 30 kW. Stwierdzono, że wydajność grzewcza oleju opałowego nr 2, B20 i B100 była podobna i wynosiła około 20%. Sprawność grzewcza B50 była wyższa o 7%.

konsensus między większością powiązanych prac jest taki, że mniejsze ilości biodiesla zmieszanego z paliwem wzorcowym, czy to olejem napędowym, czy paliwami nafty lotniczej, nie miały negatywnego wpływu na osiągi silników testowych. W tym badaniu biodiesel z oleju palmowego jest testowany w 20% objętości za pomocą Jet a-1 w celu weryfikacji wyników innych badań turbin gazowych na mieszankach biopaliw. Ponadto wyższe stężenia PME w mieszankach Jet a-1 testowano w symulacjach silnika CM4.

2. Opis urządzenia

aby zapewnić funkcjonalny silnik turboodrzutowy do celów edukacyjnych i badawczych, Armfield zmodyfikował allied signal JFS100-13a na silnik turboodrzutowy CM4. Schemat silnika przedstawiono na rysunku 1. Silnik turboodrzutowy CM4 można podzielić na pięć różnych głównych elementów: (i) wlot; (ii) sprężarka odśrodkowa; (iii) palnik; (iv) turbina osiowa; i (v) dysza wydechowa. Powyższe elementy są uproszczone na rysunku 2. Specyfikacje producenta dla JFS100 i, co za tym idzie, CM4 są podsumowane w tabeli 1. Tabela 2 przedstawia zakres czujników wyposażonych w turbojet CM4, a także mierzone właściwości.

Model i typ JFS100-13A
Sprężarka wlot powietrza przed jednostką
jednostopniowy odpływ promieniowy
masowy przepływ powietrza 0.726 kg / s przy 72500 obr. / min
Stopień sprężania 3.5 : 1
komora spalania pierścieniowy zespół kolektora paliwa
pięć dysz paliwowych simplex
Turbina 1-stopniowa turbina o przepływie osiowym
Maksymalna temperatura 1000°C
szerokość i wysokość 302,26 mm i 304,80 mm
Długość 558,80 mm
Waga 37.195 kg suchy
38.102 kg ze smarem
paliwo K-1 nafta lub Jet-A
moc znamionowa 67,11 kW przy 60400 obr / min
maksymalny ciąg 300 do 400 N optymalny
CM4 optymalna prędkość obrotowa wału 70000 obr / min
CM4 temperatura spalin maksymalnie 800°C
Tabela 1
specyfikacje producenta i oryginalnego wyposażenia.

lokalizacja Typ czujnika zmierzone parametry
Wlot Termopara Typu K temperatura wlotowa
Sprężarka Termopara Typu K Temperatura wejścia
rurka Pitota ciśnienie wejściowe
Termopara Typu K temperatura wyjściowa
Pitot tube 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) prędkość wału
między frontem silnika a ramą platformy testowej ogniwo obciążnikowe ciąg
Tabela 2
CM4 Czujniki i miejsca.

Rysunek 1

silnik turboodrzutowy Armfield CM4.

Rysunek 2

schematyczny układ elementów silnika.

2.1. Przygotowanie paliw testowych

biodiesel oleju palmowego jest estrem metylowym kwasu tłuszczowego, który ma kolor bursztynowy i jest zauważalnie lepki w porównaniu do paliwa Jet a-1, które jest słomiane i mniej nieprzezroczyste w Kolorze. Paliwo Jet A – 1 wykorzystane w tym projekcie badawczym pozyskano z Petronas Malaysia, natomiast paliwo PME dostarczył Sime Darby. Stwierdzono, że PME łatwo miesza się z Jet a-1. Każdą objętość paliwa mieszano w szklanej zlewce za pomocą drążka do mieszania szkła. Stwierdzono, że mieszaniny zachowują swoją strukturę i nie było widać oddzielenia. Pozostawało to prawdą przez cały czas trwania projektu badawczego dla próbek, które były przechowywane przez kilka miesięcy. Ponadto w mieszankach paliw nie było widocznej wody. Rysunek 3 przedstawia próbki badanych paliw w zwiększaniu zawartości PME.

Rysunek 3

badanie próbek paliwa; od lewej do prawej: Jet A-1, B20, B50, B70 i B100.

każde paliwo zostało również przetestowane pod kątem jego wartości grzewczej lub opałowej (FHV). Dokonano tego przy użyciu kalorymetru z bombą tlenową IKA C200 przy współpracy Wydziału Nauki i technologii Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). Każde badanie przeprowadzono trzy razy, aby uzyskać średnią FHV dla każdego paliwa. Tabela 3 przedstawia zakres FHV dla badanych paliw.

paliwo Jet A-1 B20 B50 B70 B100
wartość opałowa paliwa
(MJ / kg)
46.190 44.905 42.824 41.548 39.964
Tabela 3
wartości ogrzewania paliwa dla mieszanek Jet a-1 i PME.

3. Procedura eksperymentalna

wszystkie testy Armfielda CM4 zostały przeprowadzone w laboratorium napędowym na Wydziale Inżynierii, Universiti Putra Malaysia. We wszystkich przypadkach większe drzwi żaluzji laboratorium były otwierane w taki sposób, że wydech silnika poruszał się na zewnątrz laboratorium. Testy przeprowadzone dla silnika CM4 to zimny rozruch. Oznacza to, że podczas pracy nie doszło do wymiany paliwa. Podobnie jak w eksperymentach Francuzów i Kryszny , nie dokonano modyfikacji wewnętrznej turbomachinery testowego silnika.

po zapaleniu silnik miał około jednej minuty na osiągnięcie stanu ustalonego, w którym prędkość obrotowa silnika pozostawała stała przy minimum 48000 obr. / min. Przepustnica była powoli podnoszona z 48000 obr / min do około 66000 obr / min. W każdym przedziale 1000 obr. / min dozwolony był okres próbkowania wynoszący 10 sekund, aby zapewnić bardziej wiarygodne średnie odczyty dla każdego czujnika. Po osiągnięciu maksymalnej prędkości obrotowej i zmierzeniu odpowiednich danych, przepustnica była powoli zamykana w podobny, malejący sposób z powrotem do 48000 rpm. Próbkowanie zostało wstrzymane po osiągnięciu minimalnej prędkości obrotowej. Testy dla odrzutowców A – 1 i B20 powtarzano co najmniej trzy razy.

Armfield CM4 jest wyposażony w interfejs PC dla różnych czujników. Wartości temperatury, ciśnienia, prędkości obrotowej silnika i zmierzonego ciągu są wyświetlane w interfejsie użytkownika. Ustawiono automatyczną częstotliwość próbkowania co dwie sekundy. Ze względu na ograniczenia czujnika, ciśnienie wlotowe i wyjściowe palnika i założono, że są równe, podobnie jak temperatury wyjścia z turbiny i dyszy oraz .

3.1. Analiza cyklu pracy silników odrzutowych

podstawą obliczenia parametrów wydajności jest analiza cyklu pracy turbin gazowych, jak wykazano przez Mattingly . Podstawową miarą silnika turboodrzutowego jest jego siła ciągu F, która jest reprezentowana przez Gdzie jest całkowity przepływ masowy wychodzący z dyszy wylotowej, jest prędkością wylotową dyszy, jest przepływem powietrza przed wlotem silnika, jest prędkością powietrza swobodnego strumienia, a termin odnosi się do wkładu ciągu Z różnicy ciśnień na wyjściu dyszy. Kolejne parametry osiągów dla silnika turboodrzutowego, które należy obliczyć, to właściwy ciąg, stosunek paliwa do powietrza i specyficzne zużycie paliwa przez ciąg. Równanie (2) pokazuje równania użyte do uzyskania wyżej wymienionych parametrów. FHV jest reprezentowana jako stała: po powyższych obliczeniach, wydajność cieplna silnika, napędowa i ogólna, i są uzyskiwane jak pokazano w sekcji palnika , wydajność palnika jest uzyskiwana, skąd termin odnosi się do stosunku temperatur wylotu i temperatury wlotowej palnika .

w celu normalizacji wyników eksperymentów ze względu na różną temperaturę otoczenia dokonano korekt parametrów wydajności w odniesieniu do standardowych warunków na poziomie morza. Te korekty są wymienione poniżej z (5). Pozostałe parametry wydajności zostały następnie obliczone jak wcześniej na podstawie skorygowanych wartości. Zmienne bezwymiarowe i odnoszą się do stosunków ciśnienia lub temperatury stacji w odniesieniu do standardowego ciśnienia i temperatury na poziomie morza 101,3 kPa i 288,2 K:

4. Wyniki eksperymentów

jak wspomniano wcześniej, paliwami, które były testowane eksperymentalnie były Jet a – 1 i B20. Ponieważ jedynym czynnikiem branym pod uwagę jest to, że bezpośrednio wpływ na ciąg jest przepustnica, większość wyników jest wyświetlana w stosunku do prędkości obrotowej silnika lub obrotów na minutę. Rysunek 4 przedstawia zmiany, które zaszły w temperaturze oleju smarowego dla obu paliw. Temperatura na wylocie oleju smarowego dla B20 jest wyraźnie wyższa niż w przypadku Jet a-1, począwszy od 55000 obr. / min. Największy wzrost temperatury oleju smarowego wynosi z 343,2 K do 368,6 K przy 61000 obr. / min, co oznacza wzrost o 7,4%. Oznaczałoby to, że przy stosowaniu paliwa B20 na turbosprężarkę nakłada się większe naprężenia. Wyższe temperatury oleju smarowego można również przypisać wyższym temperaturom turbiny podczas badań B20, pokazanych na rysunku 5.

Rysunek 4

temperatury oleju smarowego dla B20 i Jet A-1.

Rysunek 5

temperatury wlotowe i wyjściowe Turbiny dla B20, Jet A-1.

zmiana ciągu Dla B20 z odrzutowca A – 1 pokazana jest na fig.6. Można zauważyć, że przy 2% do 4% spadku ciągu na środku prędkości obrotowej silnika, B20 działa porównywalnie z Jet a-1, do tego stopnia, że od 61000 rpm dalej różnica ciągu jest mniejsza niż 1,5%.

Rysunek 6

poprawione linie ciągu Dla B20 i Jet A-1.

rysunki 6, 7, 8 i 9 pokazują interesującą tendencję do osiągów CM4 pracującego na Jet a-1 i B20. Różnice procentowe między wpływem obu paliw na ciąg są bardzo małe, co najwyżej około 4%, z rosnącym podobieństwem w zakresie wysokich obrotów. Ustalenia zgadzają się z tym, że mniejsze ilości biodiesla w paliwie wzorcowym nie prowadziły do znacznego spadku wydajności. Trend zbieżności parametrów w kierunku maksymalnej prędkości obrotowej utrzymuje się w odniesieniu do przepływu powietrza i paliwa oraz jednostkowego zużycia paliwa przez ciąg. Sugeruje to, że 20% mieszanina PME z Jet a-1 jest opłacalna, szczególnie przy wyższych obrotach. Jednak CM4 nadal odnotował niewielki wzrost stosunku paliwa do powietrza i jednostkowego zużycia paliwa, zanim osiągnął 60000 obr. / min. Można to przypisać jedynie nieco niższemu FHV B20. Oznacza to, że nieco więcej paliwa B20 Jest Potrzebne do osiągnięcia takich samych osiągów jak w Jet A-1.

Rysunek 7

skorygowane natężenie przepływu paliwa dla B20 i Jet A-1.

Rysunek 8

stosunek paliwa do powietrza dla paliw B20 i Jet A-1.

Rysunek 9

skorygowane jednostkowe zużycie paliwa dla silników B20 i Jet A-1.

podobnie jak w przypadku wcześniejszych wskaźników wydajności, B20 działał porównywalnie do Jet A-1 pod względem sprawności cieplnej (Fig.10); jednak różnice w sprawności napędowej są wyraźniejsze, przy czym Jet A-1 ma lepszą sprawność napędową przy wyższych prędkościach obrotowych silnika, jak pokazano na fig. 11. Prowadzi to do podobnego odsetka różnicy dla ogólnej wydajności (Rysunek 12). Wyższa sprawność napędu odrzutowca A – 1 wynika z niższego stosunku paliwa do powietrza (ryc. 8).

Rysunek 10

sprawność cieplna dla B20 i Jet A-1.

Rysunek 11

sprawność napędowa dla B20 i Jet A-1.

Rysunek 12

ogólna sprawność Dla B20 i Jet a-1.

bardziej widoczną zmianę w wydajności podzespołów widać w sekcji palnika, która jest wyraźniejsza na fig.13. Spalając B20, wydajność spalania wzrosła średnio o około 2%. Wyższa sprawność palnika wynika z kompletności procesu spalania, co wynika z zawartości tlenu w biodieslu. Jest to również związane z wyżej wymienionymi temperaturami turbin.

rysunek 13

sprawność Palnika dla B20 i Jet A-1.

5. Analiza GasTurb

ze względu na eksperymentalne ograniczenia i obawy dotyczące integralności przewodu paliwowego i czasów zapłonu dla mieszanek biodiesla o wyższej gęstości, wydajność Armfield CM4 przy użyciu paliw B50, B70 i B100 została symulowana w celu uzyskania trendów wydajności po przejściu z Jet a-1. W tym celu wykorzystano GasTurb 11, Program do symulacji wydajności turbiny gazowej opracowany przez firmę Kurzke . Wcześniejsza Budowa GasTurb została wykorzystana przez Habib et al. podczas przewidywania wydajności 100% biodiesla po przeprowadzeniu badań eksperymentalnych dla 10, 20 i 30% mieszanek biodiesla z petrodiesel. Wykaz wejść zasilających wykorzystanych do symulacji dla każdego badanego paliwa przedstawiono w tabeli 4, natomiast Rysunek 14 przedstawia fizyczny model symulowanego silnika oparty na określonych wejściach. Biorąc pod uwagę niewielką skalę zastosowaną przez GasTurb, można zauważyć, że wydajność symulacji jest prawdopodobna dla małych silników, takich jak CM4.

nazwa wejścia, jak pokazano w GasTurb 11 ustalona zmienna referencyjna wartość
całkowita temperatura 300 K
ciśnienie otoczenia Pamb 101.1 kPa
wilgotność względna 50% (na podstawie średnich odczytów higrometru W laboratorium w okresie testowym)
Inlet Corr. Flow w2rstd 0.767 kg/s (z wyników eksperymentalnych dla Jet A-1)
stosunek ciśnienia 2.63 (ustalone na podstawie wyników eksperymentalnych)
Temperatura wyjścia palnika 1133.3 K (Jet A-1)
1150 K (B20)
wydajność konstrukcji palnika 0.82
wartość opałowa paliwa FHV lub 46,190 MJ / kg (Jet a-1); w zależności od paliwa testowego. FHV uzyskane z tabeli 3
sprawność mechaniczna 0.8815 (jak napisał GasTurb)
wydajność sprężarki 0.77
Nominalna prędkość szpuli 66000 rpm
sprawność turbiny 0.82
Tabela 4
Parametry wejściowe GasTurb do analizy cyklu przy 66000 obr. / min.

Rysunek 14

Model silnika wykonany przez GasTurb 11.

aby jak najbardziej zbliżyć się do rzeczywistego silnika CM4, należało wprowadzić kilka założeń i iteracji. Ponieważ główne dane dotyczące wydajności obejmowałyby ciąg, priorytetem była symulacja o podobnym ciągu wyjściowym do rzeczywistego CM4. Dwie linie ciągu wyprodukowane dla odrzutowców A – 1 i B20 pokazano na fig. 15 w porównaniu do ich eksperymentalnych odpowiedników. Wykazano, że symulacje są w dobrej zgodzie z wynikami eksperymentalnymi Dla ciągu. Rysunek 16 przedstawia skorygowane linie ciągu dla każdego symulowanego paliwa od biegu jałowego do maksymalnej prędkości obrotowej silnika, natomiast rysunek 17 pokazuje trend TSFC dla wszystkich paliw.

rysunek 15

symulacyjne i eksperymentalne poprawione linie ciągu z wykorzystaniem paliw Jet a-1 i B20.

Rysunek 16

Symulacja skorygowanego ciągu dla wszystkich paliw testowych.

rysunek 17

Symulacja skorygowana TSFC dla wszystkich paliw testowych.

ciąg wytwarzany wraz ze wzrostem objętości PME zmniejszył się z wartości wzorcowych Jet a-1 we wszystkich prędkościach silnika. Zmniejszenie ciągu stało się wyraźniejsze w przypadku paliw B70 i B100. W GasTurb maksymalny skorygowany ciąg SSL z Jet A-1 wynosił 219,4 N, który zmniejszył się do 215,4 N, 210,4 N, 203,7 N i 194,1 N dla B20, B50, B70 i B100. Największym czynnikiem w spadku ciągu była redukcja FHV dla każdej kolejnej mieszanki biodiesla. Wykazano również, że proste paliwo 100% PME nie jest pożądane, ponieważ maksymalny ciąg jest zmniejszony o około 12%. TSFC dla każdego paliwa pokazało, że linie dla Jet A-1, B20 i B50 były dość blisko siebie, z ulepszonymi TSFC dla B20 i B50 przy niższych prędkościach obrotowych silnika i zbieżnością wartości z Jet a-1 w kierunku maksymalnej prędkości obrotowej, z nieco wyższymi wartościami przy 66000 obr. / min. Wzrost TSFC jest znacznie bardziej wyraźny dla B70 i B100, ze wzrostem o 11% i 18% przy maksymalnych obrotach.

zmiany sprawności cieplnej dla każdego badanego paliwa przy wszystkich prędkościach obrotowych silnika przedstawiono na rysunku 18. Można zauważyć, że jest ulepszony przy użyciu B20 i B50 z obrotów na biegu jałowym do około 63000 obr / min, po czym Jet A-1 ma lepiej do maksymalnej prędkości obrotowej silnika. Sprawność cieplna spadła z wartości Jet A-1 poniżej B100, spadając do 2,11% z optymalnego Jet A-1, który wynosił 2,45% przy maksymalnych obrotach.

rysunek 18

Symulacja wydajności cieplnej dla wszystkich paliw testowych.

wyniki symulacji dla wszystkich badanych paliw przy maksymalnej prędkości obrotowej przedstawiono w tabeli 5. Wzrost jednostkowego zużycia paliwa dla B100 wynosi prawie 20% w porównaniu z Jet a-1. Ogólna sprawność silnika zmniejszała się wraz ze wzrostem zawartości PME. Wskazuje to na niższy poziom FHV dla biopaliw, co prowadzi do większego przepływu paliwa i zużycia paliwa.

6. Wnioski i zalecenia

celem tej pracy eksperymentalnej było określenie wydajności turbojet Armfield CM4 pracującego na spektrum mieszanek biodiesla oleju palmowego i Jet a-1. Stwierdzono, że B20 wytwarzał podobne ilości ciągu jak Jet A-1, szczególnie przy wyższych obrotach. Kompromisy z wykorzystaniem biodiesla obejmują nieco wyższy przepływ paliwa, stosunek paliwa do powietrza i jednostkowe zużycie paliwa, ale z danych B20 wzrost tych wartości był minimalny, w zakresie 0-5%. Ponadto sprawność cieplna dla B20 była zbliżona do wydajności odrzutowca A-1, podczas gdy sprawność napędowa i ogólna uległy lekkiemu spadkowi przy maksymalnych obrotach. Wydajność palnika poprawiła się wraz ze spalaniem B20, ze względu na wyższą zawartość tlenu.

w przypadku bardziej skoncentrowanych mieszanek PME i Jet a-1 stwierdzono, że wytwarzany Ciąg Netto zmniejszał się w większym stopniu wraz ze wzrostem zawartości PME. Siła ciągu Dla odrzutowców A-1, B20 i B50 była porównywalna, podczas gdy B70 i B100 wypadały słabo w porównaniu. Na podstawie wyników stwierdzono, że próg zawartości objętościowej dla PME przed zauważalnym spadkiem wydajności wynosił 50%. Należy również zauważyć, że temperatury na rufie palnika wzrastały proporcjonalnie do wzrostu zawartości PME.

wadami PME były wyższe temperatury wlotowe i wyjściowe turbiny, a także jej niższa wartość opałowa. Długofalowe skutki badań biodiesla w silnikach turboodrzutowych nie zostały jeszcze zbadane, szczególnie w zakresie okładzin spalania i turbiny, a także systemów dostarczania paliwa. Ponadto, podczas gdy B20 sprawdził się porównywalnie dobrze z Jet a-1, jego niższa FHV i wyższa lepkość muszą zostać uwzględnione, aby zoptymalizować wydajność mieszanki i zminimalizować pogorszenie się systemów dostarczania paliwa.

jeśli chodzi o szerszy obraz powszechnego stosowania w silnikach lotniczych, podczas gdy zdarzały się loty komercyjne wykorzystujące 50% mieszanki biodiesla estru metylowego kwasów tłuszczowych z naftą lotniczą, taka praktyka nie została formalnie zinstytucjonalizowana ze względu na kwestie kosztów ekonomicznych i energetycznych oraz dostępności biodiesla w dużych ilościach. Jednak, jak wykazały badania, PME jest opłacalnym paliwem dla zastosowań mikroturbiny zarówno w produkcji energii, jak i bezzałogowych lub zdalnie sterowanych statków powietrznych.

PME: ester metylowy oleju palmowego biodiesel
XME: Ester metylowy biodiesla z surowca
BXX: XX % objętości PME zmieszanego z Jet A-1
: prędkość obrotowa silnika (obroty na minutę)
: wartość opałowa paliwa (FHV)
0: indeks dolny Free stream
: skorygowany indeks dolny poziomu morza
: temperatura na stacji
: ciśnienie na stacji
: Ciśnienie bezwzględne na stacji
: Ciąg Netto
: masowe natężenie przepływu powietrza
: natężenie przepływu paliwa
: całkowite masowe natężenie przepływu
: prędkość na stacji
: stosunek paliwo-powietrze
: ciąg właściwy
: jednostkowe zużycie paliwa ciągu (TSFC)
: prędkość dźwięku na stacji
: numer Macha na stacji
: właściwa Pojemność cieplna na stacji
: Współczynnik ciepła właściwego na stacji
: stosunek temperatury między stacjami
: stosunek ciśnienia między stacjami
: wydajność
: praca specyficzna dla sprężarki lub Turbiny
: moc wytwarzana przez sprężarkę lub turbinę
: stosunek temperatury i ciśnienia do wartości poziomu morza.

Numeracja i indeksy stacji

konflikt interesów

autorzy oświadczają, że nie ma konfliktu interesów w związku z publikacją niniejszego artykułu.

podziękowania

praca ta została znacznie wsparta przez Universiti Putra Malaysia (UPM), program grantowy uniwersytetu badawczego (RUGS) w ramach projektu nr 05-01-09-0719RU, a także personel wsparcia technicznego w dziale inżynierii lotniczej UPM. Podziękowania są również rozszerzone do Food Research Laboratory na Uniwersytecie Kebangsaan Malaysia (UKM) za zapewnienie badań kalorymetrycznych badanych paliw.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.