Способ определения сажеобразования при горении углеводородного топлива

 

1.СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ САЖЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ГОРЕНИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА, заключающийся в поочередном сжигании испытуемого и эталонного топлив на диффузионной горелке с регулировкой расхода топлива до получения одинаковой яркости свечения, регистрируемой в желто-зеленой полосе спектра, генерируемого взвешенной в пламени сажей, отличающийс я тем, что, с целью повьшшния достоверности определения, в качестве эталона используют топливо со степенью черноты пламени около единицы и определяют показатель сажеобразования - индекс черноты диффузионного пламени ИЧДП по процентному отношению массовьк расходов G и Ga. эталонного и испытуемого топлив соответственно: ИЧДП . Gj 2.Способ по По 1, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности определения путем получения близких по размеру пламен,обеспечивающих сходные условия горения исцытуемого и эталонного топлив, в качестве эталона выбирают две толуолсодержащие смеси со значениями ИЧДП, различающимися на 0,5-3 едини (f) цы, при горении одной из которых расход топлива выше, а при горении другой ниже, чем расход испытуемого топлива, и вычисление ИЧДП испытуемого топлива производят путем интерполяции 3.Способ по п.2, о тлич ающ и и с я тем, что в качестве эталона выбирают две смеси толуола и изооктана, различающиеся по содержанию изооктана на 1-7 об.%,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1139251 (51)4 G 01 N 25/52 ф

1 t

t 1:"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ИЧДП = — — — 100.

Сл

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 3568543/23-25 (22) 31, 12,82 (46} 07.08.89. Бюл. У 29 (72) М.Е.Резников,.В.Н.Луценко, В.В,Сашевский, С.В.Тимофеев, И.А.Табаков, Р,Г.Маткова, В.А.Гладких, N.К.Егорова и В.А.Белякова (53) 541.543 (088.8) (56) Способ определения огневых свойств топлив. ГОСТ- 4338-74.

Способ определения люминометрического числа топлив. ГОСТ 217750-72, (54)(57) I.ÑÏÎÑÎÁ ОПРЕДЕЛЕНИЯ САЖЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ГОРЕНИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА, заключающийся в поочередном сжигании испь1туемого и эталонного топлив на диффузионной горелке с регулировкой расхода топлива до получения одинаковой яркости свечения, регистрируемой в желто-зеленой полосе спектра, генерируемого взвешенной в пламени сажей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности определения, в качестве эталона используют топливо со степенью черноты пламени около единицы и определяют показатель сажеобразоваИзобретение относится к оценке и регламентации физикохимических свойств 1 глеводородных топлив, а именно к определению сажеобразования при диффузионном горении, от которого зависит тепловое излучение пламени, дымление двигателя и нагароотло-. жение в его газовом тракте.

2 ния — индекс черноты диффузионного пламени ИЧДП по процентному отношению массовых расходов G и Gq эталонного и испытуемого топлив соответственно:

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности определения путем получения близких по размеру пламен,обес-, печивакщих сходные условия горения испытуемого и эталонного топлив, в качестве эталона выбирают две толу1 олсодержащие смеси со значениями а

ИЧДП, различающимися на 0,5-3 единие цы, при горении одной из которых расход топлива выше, а при горении другой ниже, чем расход испытуемого топлива, и вычисление ИЧДП испытуемого топлива производят путем интерполяции

3. Способ по п.2, о т л и ч а юm и и с я тем, что в качестве эталона выбирают две смеси толуола и изооктана, различающиеся по содержанию изооктана на 1-7 об,X.

Известен способ определения склонности топлив к образованию угперо-,В дистых продуктов горения по точке дымления или максимальной высоте некоптящего пламени. Путем сжигания топлив на фитильной лампе определяется момент появления копоти при подъеме Фитиля. Показателем качества з 1139251 топлива при этом является расстояние от среза горелки до верхней точки пламени. Способ первоначально предназначался для визуальной оценки качества осветительных керосинов.Он не учитывает специфики диффузионного горения реактивных топлив. обеспечивающий сжигание образующейся сажи в зоне пламени. Способ субъективен и недостаточно точен, Наиболее близким к предложенному способу по решаемой задаче является способ определения сажеобразования при горении углеводородного топлива, выбранный в качестве прототипа изобретения, заключающийся в поочередном сжигании испытуемого и эталонного топлив на диффузионной горелке с . регулированием расхода топлива до 20 получения одинаковой яркости свечения, регистрируемой в желто-зеленой полосе спектра, генерируемого образующейся в пламени сажей, Однако принципиально правильный 25 подход к регистрации сажи в диффузионном пламени реактивного топлива при реализации этого способа обесценивается неудачным выбором критерия оценки реактивных топлив, который 30 не имеет прямого физического смысла, но аддитивен по отношению к компонентам смесей, нелинейно (гиперболически) связан с концентрацией сажи в пламени и энергией ее излуче- З5 ния. Это затрудняет прогнозирование свойств смеси топлив, приводит к недооценке опасного снижения в области малых значений люминометрических чисел и завышению оценки при их увеличении в области повышенных значений. Использование температуры над пламенем в качестве параметра, по которому производится расчет люминометрических чисел, ненадежно,так 45 как для термопары, расположенной в узком токе горячего газа над пламенем, велики случайные. отклонения в результатах измерения,.а разностный метод, лежащий в основе. вычисления люминометрических чисел, приводит к их накоплению. Способ привязан к таким эталонным топливам, режим горения которых существенно отличается от Режима гоРения Реальных Реактив-. ных топлив, а их взаимная нерастворимость исключает возможность применения промежуточных эталонных топлив. Все это в конечном счете отрицательно сказывается на достоверности оценки реактивных топлив и точности ее определений.

Цель изобретения — повышение достоверности определения, Это достигается тем, что в способе определения сажеобразования при горении углеводородного топлива,заключающемся в поочередном сжигании испытуемого и эталонного топлив на диффузионной горелке с регулировкой расхода топлива до получения одинаковой яркости свечения, регистрируемой в желто-зеленой полосе спектра, генерируемого взвешенной в пламени сажей, в качестве эталона используют топливо со степенью черноты пламени около единицы и определяют показатель сажеобразования — индекс черноты диффузионного пламени (ИЧДП) по процентному отношению массовых расходов С» и G y эталонного и испытуемого топлив соответственно: ИЧДП =

«Сл

100. С целью повышения точGg ности определения путем получения близких по размеру пламен, обеспечивающих сходные условия горения испытуемого и эталонного топлив, в качестве эталона выбирают две толуолсодержащие смеси со значениями И ЩП, различающимися на 0,5-3 единицы,при горении одной из которых расход топлива выше, а при горении другой ниже, чем расход испытуемого топлива, и вычисление ИЧДП испытуемого топлива производят путем интерполяции. В качестве эталона могут быть выбраны амеси толуола и изооктана, различающихся по содержанию изооктана на

1-7 об, .

Изобретение позволяет достигнуть наибольшей достоверности и повысить тоМность оценки сажеобразования при горении углеводородных топлив, например керосина, в реактивных двигателях, что обеспечивается возможностью экспериментального сопоставления испытуемого топлива с одинаковым эталонным топливом в различных видах испытаний, на различных аппаратах с диффузионной горелкой, в камере сгорания и созданием соответственно одинаковых условий сжигания испытуемого и эквивалентного ему эталонного топлива.

Поскольку лучистый поток пропорционален произведению расхода G топ1139251

n . Pa фиг.2 приведены примеры реЮ зультатов испытаний на индикаторе черноты пламени с фитильной горелкой трех образцов углеводородных топлив: PT — прямая 1, ТС-1 — пря5 мая 2, Т-1 — прямая 3, с использованием эталонных смесей толуола и изооктана, различающихся на 5 об. толуола при испытании каждого углеводородного топлива: прямые 4 и 5 соответственно 10 и 15% толуола., прямые 6 и 7 — 20 и 25 . толуола,прямые 8 и 9 — 35 и 40 толуола. Индексы эталонных топлив, линейно зависящие от массовой доли толуола в их составе: 64,9 для 10, 67,2 для

15, 69,5 для 20, 71,8 для 25, г76,1 для 35Х и 78,2 для. 40 .. При, фототоке ф = 50 мкА, соответствую- 20 щем расчетному уровню излучения пламени каждого испытуемого и.эталонного углеводородного топлива, замерен параметр расхода П (6) в условных единицах. По его значениям путем ли- 25 нейной интерполяции вычислены индексы черноты пламен испытуемых углеводородных топлив (ИЧДП): для топлива РТ ИЧДП = 64,9 +

270 — 267 30

+ (67 2 — 64 9) — — — — — = 65 3

270 — 253 для топлива ТС-1 ИЧДП = 69,5 + для топлива Т-1 ИЧДП = 76,1 +

213-205

+ (78 2-76 1) — - — — — = 77 2.

21 3-198

Эти результаты, полученные в случае "вилки" двух эталонных топлив, различающихся по объемной доле толуо- 40 ла на 5%, помещены в таблице. В той же таблице даны аналогичные результаты испытания тех же образцов топлив РТ, ТС-1 и Т-1 для случаев различия эталонных топлив на 1 и 7 45 объемной доли толуола.

Из представленного табличного материала видно, что разница в результатах определения ИЧДП незначительна.

Исследования показали возможность реализации способа на аппарате, предназначенном для определения люминометрических чисел топлив, который имеется в лабораториях. Использование этого аппарата может способствовать освоению предлагаемого способа и внедрению нового показателя до оснащения лабораторий более простым специально разработанным индикатором черноты пламени.

Использование предлагаемого способа позволит за счет повышения достоверности и точности оценки огневых свойств реактивного топлива увеличить ресурсы топлива вследствие рационального регулирования состава. при разработке новых сортов топлива и совершенствования технологии производства вырабатываемых топлив, исключения ошибочной отбраковки кондиционных топлив, исключения допуска некондиционного топлива к применению на авиационной технике и связанного с этим ущерба самой технике (то есть косвенно поможет повысить надежность авиационной техники).

Поскольку предлагаемый способ основан на фундаментальном физическом понятии степени черноты, он позволит применить результаты оценки реактивных углеводородных топлив для инженерных расчетов теплообмена при проектировании и испытании двигателей, а также при подборе топлива для конкретных типов двигателей.

Аддитивность результатов оценки по предлагаемому способу обеспечивает выполнение расчета характеристик сгорания при смешении топлив разного состава, что нельзя сделать на основе люминометрических чисел, характеристики смешения для которых неадцитивны.

Принцип сравнения испытуемого и эталонного топлива по расходу или другому параметру, однозначно и монотонно с ним связанному, открывает возможность разработки более простого по конструкции и удобного в эксплуатации аппарата для оценки огневых свойств по сравнению с применяемым аппаратом. откуда

У вЂ” — 100, Ь

НЕЙ

5 1 13 пива и степени черноты пламени или концентрации сажи в пламени (C J, при регулировке расхода топлив на одинаковый фотоэффект для испытуемого .топлива (обозначение "исп.") и эталонного топлива с индексом 100, пламя которого в характерных условиях реактивного двигателя излучает

) как абсолютно черное тело, реализуются следующие соотношения: г

0 ищ,Е. д „вЂ” " оо -ею

h„,ä jСj„„= " „î (Cj„„э

0 аоо М исА щ дед choo .юр

Если выразить Еисп в процентах к степени черноты пламени эталонного топлива, то индекс черноты диффузион" ного пламени жя Ганси

ИЧДП вЂ” — — -- 100 -- - — 100 оо (01„ то- есть ИЧДП топлив экспериментально определяется отношением их расходов.

Для лучших топлив, при сгорании которых образуется меньше сажи, эталонный фотоэффект достигается при большей высоте язычка пламени и,соответственно, большем расходе топлива, обратно пропорциональном концентрации сажи, степени черноты пламени .и энергии его излучения..

Таким образом, ИЧДП характеризует энергию излучения, испускаемого твердой дисперсной фазой — микрочастицами сажи при диффузионном горении углеводородного топлива, выражаемую в процентах к соответствующей энергии эталонного топлива, индекс которого принят за 100.

Наиболее подходящими в качестве эталонного топлива являются толуолсодержащие смеси. Толуол в условиях работы реактивного двигателя (давление воздуха в камере сгорания 1,0—

1,5 MIIa) имеет степень черноты с I.

Смеси толуола с разбавителем,имеющим меньшую степень черноты, дают другие значения ИЧДП. Этим разбавителем может быть изооктан.

На фиг,l показана зависимость энергии нормального излучения F. факела толуола от давления Pv, в каме9251 б ре сгорания в MIIa; на фиг. 2 — зависимости свечения пламени по величине фототока (ф) от расхода П (Г) уг. леводородного топлива в горелке в условных единицах, В таблице приведены результаты испытаний разных видов углеводород ного топлива и толуолсодержащих сме1О сей.

По сравнению с тетралином толуол более стабилен, ближе по химической природе к реактивным углеводородным топливам для реактивных двигателей, обладает менее резким запахом и менее токсичен. Химически чистый толуол менее дефицитен, чем тетралин. В отличие от тетралина, малорастворимого в других углеводородах, толуол неограниченно растворяется в парафиновых углеводородах, что обеспечивает приготовление смесей эталонных топлив любого состава, сажистость пламени которых близка к сажистости горящих углеводородных топлив, Целесообразность применения толуолсодержащих смесей в качестве эталона в предлагаемом способе диктуется тем, что при непосредственном сравнении испытуемого топлива с толуолом точность определения недостаточна вследствие значительной разницы в размере пламени, конвективных токах воздуха и связанных с этим факторах.

З5 Режимы горения испытуемого топлива и ближайших по сажистости пламени смесей основного эталонного топлива — толуола с разбавителем, сажистость пламени которого ниже, чем у реальных углеводородных топлив, близки друг к другу по расходу и зависящим от него параметрам. Благодаря этому ослабляется влияние конструктивных особенностей аппарата, рагулировки измерительных устройств,атмосферных условий и других внешних факторов на точность результатов испытаний.. В качестве разбавителя толуола можно использовать изооктан (2,2,4-триметилпентан), пламя которого в характерных условиях работы имеет степень черноты F = 0,6.Индекс изооктана принимается равным

60. Индекс любой эталонной смеси определяется его линейной зависимостью от массовой доли толуола в смеси, точный состав смесей контролируется по коэффициенту рефракции..1) 39251

l о о л лсч «с

N»с СЧ С«1

«л сч

1

1

Ch 1

1

1 л

В О 1

00 ис

N С Ъ

Ф О

«л

1

1 с6 I

О !6Ч

О 1 6 х

С \

Л N сЪ

С««ап э л сч

° ЪО

С»\

an

О1 с

И 0

«

О 1 СЧ

ЪО

И 00

С"Ъ СЧ ъО

«л

Ch

Ch ОЪ

Ch «

С Ъ С Ъ СО ъо N О

СЧ

Ю—

Сс Т

С Ъ

СЧ е! ехо

Ц о « о v aq и

1 ! .1

Оъ ЪО о сч

С ъо I

tel 0

«с

0 Л СЧ

° С л

0Ъ И

« гъ л о «ь

tn сч

° Ц) 1:,,i о tIao с «

У»»1 сС 1 66 1 1

V1 1ЕО

Е(cdl el. е! Ецо х с! С(В

Ц

t6 1 1 66 !

N I л л

1О

Cl л л

»С»» ОЪ

СЧ «С«\

СЧ О СЧ

«л

an л С

С Ъ С»Ъ о сч оъ о

° »

«ъо

О О

-с лсч 1 с

С»

С 4

Лсо

° С»Ъ

СЧ M СЧ л о сп NЧ СО

С Ъ «Оъ со

«л е о

В С-! ххе

ОФХ сЪ СЧ л

ОС ъо

0О

« с л и

СЧ

« о ювао (В»

СЧ

C л

С»3 и О

1 е о !

О л

СЧ з х !

А!

an 0O

С Ъ СЧ

« с

N Ch о ъо

ЪО

СЧ И 0Ъ сN»C Ch N

«ъо

« t«t

ЪО л сч

0(Ф

«а t6 1

« t0

° С о й» I»

У х

О ad

0l ю х о и е

5 с6

«r» х t5

\ о

С E

Ф о

0(i» 1

О О

ХЕ!

V dt

С6 а а х !

» u

А)

ta t(.1

ДЕ1

Е I It

oao

t. o a о t(o-o

34 В

vc0 е

w ogt: a!

0l t» Ф о «и

zu oa о v ° о и t6rco « е хсч 1

С- и

«: uc6t0O

z осч — ССЪ O t(С О.О (-с Ж Ф О II о

0l х

Ц х о

f е о

Ф

»

1 х

v и! х х о z к о а6

1 с6

A 1» х х х

a v

Ф

Съ О ф

L l о о

И 1"

e I» 1

@хе о 6! а ювао о « (»

1 ЪХ 1 е о

В !.

1 Х1Х Ф о

«C»a « !

\6

О 0(« lC

t6 о а

С- Е сс еа х о

t(х

6l 6.

6С Х dl с6 х ф v юона омы

I оох с» t(х .о х

xc6 v vo е й(Ф 0

С6ОХ аv 1td

O c6 Z с. Z o ц а

О u-cd

РЪ е

1й Ж Ц

c6 O

t(С о о х е о е

t6

o, f. .О а х

Ф х е

Ф И а хт

t6

6 Ж

С.ф °

N t(Ф о х и

Ю о

t(С

О ъо а сч о

t(Il о

Я

6а

Ц

«» В-"

И,С о с

t6 Х ц х

ЪС

cd о о, &

6l С6

О, Х ц о о 1- 1

0(Х С6

С0 A t(юох с м «6

Ф с

Ф о ц с» о х

o az хх v оое

ОО6(с и 1

V c6

С6 Е

z o

v o, t V t6

° 1

С(I

«6 dl 1

«

Ц 1 л v

«!

l0 CO I

О 0Ъ

0(N о а 6 о

a о.сэ

Ы 1

Ф 1

Ц и 1 о

6,ССС о

С6 Х ц х о х

«» 3C

Ц С6 о а, f &

dt t6 сс а х о о (- a

t(Х С6

Ф I»

Х A

С6 ю о х

О «6:6 е о

С(С» I о о

ХЕ!

СЪ Ф I

С6 а с» е

Ф х е

t6

tag

Й ж

1139251

Р,)Y/7a

Редактор Л.Письман

Техред M. Ходанич

Корректор Э.Лончакова

Заказ 4915 . Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101

А/эФ, лил/г

®АЖ.Ф

eua2