Физико-химический анализ и моделирование процессов горения смесевых топлив в дизельном двигателе

Проведено комплексное численное математическое моделирование процессов горения смесевых топлив в дизельном двигателе. Исследование направлено на детальный термодинамический и кинетический анализ горения как традиционного дизельного топлива, так и его смесей с этанолом и олеиновой кислотой, представляющих растительные масла. В условиях протекания конкурирующих за кислород химических реакций выполнен расчет основных параметров: изменений внутренней энергии и энтропии, температуры начала реакции и скоростей горения. Моделирование проведено с учетом политропного характера процесса и изменяющейся температуры. Показано, что введение этанола увеличивает общую скорость сгорания смеси по сравнению с таковой чистого дизельного топлива. В то же время добавление олеиновой кислоты приводит к нелинейному снижению скорости процесса, хотя эффект частично компенсируется ростом температуры в камере сгорания. Полученные результаты имеют практическую ценность для оптимизации состава смесевых топлив и регулирования режимов работы дизельного двигателя с целью повышения его эффективности и экологических показателей.
EDN: PAXHRF, https://elibrary/paxhrf

Литература

[1] Плотников С.А., Заболотских Г.Э., Ошмарин А.А. и др. Расчет характеристик впрыскивания альтернативного топлива. Свид. о гос. рег. прог. для ЭВМ РФ 2024686009. Заявл. 05.11.2024, опубл. 05.11.2024.

[2] Плотников С.А., Заболотских Г.Э., Ошмарин А.А. и др. Расчет параметров фазы быстрого горения при работе дизеля на биоминеральных топливных смесях «ФБГ-БМТС». Свид. о гос. рег. прог. для ЭВМ РФ 2024686935. Заявл. 13.11.2024, опубл. 13.11.2024.

[3] Плотников С.А., Ошмарин А.А. Разработка программного обеспечения для определения показателей работы ДВС. Общество. Наука. Инновации (НПК-2025). Гуманитарные, общественные, физико-математические, компьютерные, химико-биологические и технические науки. Сб. мат. XXV Всерос. науч.-практ. конф. Киров, ВятГУ, 2025, с. 399–406.

[4] Шароглазов Б.А., Фарафонтов М.Ф., Клементьев В.В. Двигатели внутреннего сгорания. Челябинск, Изд-во ЮУрГУ, 2006. 382 с.

[5] Болоев П.А., Бодякина Т.В., Гергенова Т.П. и др. Моделирование процесса сгорания альтернативного топлива в двигателях внутреннего сгорания. Тракторы и сельхозмашины, 2024, т. 91, № 1, с. 5–12, doi: https://doi.org/10.17816/0321-4443-322839

[6] Марков В.А., Девянин С.Н., Бовэнь Са и др. Исследование работы дизельного двигателя на смесевых и эмульгированных биотопливах с добавками рапсового масла. Двигателестроение, 2023, № 1, с. 70–90.

[7] Павлов Д.А., Королев В.В. Особенности моделирования рабочего процесса двигателей, работающих на альтернативном топливе, в структуре измерительного комплекса. Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. Т. 1. Санкт-Петербург, СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2020, с. 293–295.

[8] Ивашкевич О.А., Кухаренок Г.М., Петрученко А.Н. и др. Анализ рабочего процесса дизеля при работе на смесевом биотопливе. Вестник БНТУ, 2007, № 6, с. 71–76.

[9] Марков В.А., Чайнов Н.Д., Лобода С.С. Физико-химические свойства смесевых дизельных биотоплив с добавками растительных масел и их воспламеняемость. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 4, с. 115–128, doi: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2018-4-115-128

[10] Ristori A., Dagaut P., Pengloan G. et al. The oxidation of n-Hexadecane: experimental and detailed kinetic modeling. Combust. Flame, 2001, vol. 125, no. 3, pp. 1128–1137, doi: https://doi.org/10.1016/S0010-2180(01)00232-2

[11] Seshadri K., Lu T., Liebe D.M. On the estimation and validation of global single-step kinetics parameters of ethanol-air oxidation using diffusion flame extinction data. Combust. Sci. Technol., 2010, vol. 183, no. 1, pp. 43–50, doi: https://doi.org/10.1080/00102202.2010.497516

[12] Westbrook C.K., Dryer F.L. Simplified reaction mechanisms for the oxidation of hydrocarbon fuels in flames. Combust. Sci. Technol., 1981, vol. 27, no. 1–2, pp. 31–43, doi: https://doi.org/10.1080/00102208108946970

[13] Zhang X., Li Y., Wang J. et. al. Reaction mechanism of pyrolysis and combustion of methyl oleate: a reaxff-MD analysis. Energies, 2024, vol. 17, no. 14, art. 3536, doi: https://doi.org/10.3390/en17143536

[14] Hexadecane. webbook.nist.gov: веб-сайт. URL: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C544763&Mask=2 (дата обращения: 05.10.2025).

[15] Oleic acid. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov: веб-сайт. URL: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Oleic-Acid (дата обращения: 05.10.2025).

[16] Standard enthalpy of formation, Gibbs energy of formation, entropy and molar heat capacity of organic substances. engineeringtoolbox.com: веб-сайт. URL: https://www.engineeringtoolbox.com/standard-enthalpy-formation-value-Gibbs-free-energy-entropy-heat-capacity-organic-d_1979.html (дата обращения: 05.10.2025).

[17] Standard thermodynamic properties of chemical substances. sciencemadness.org: веб-сайт. URL: https://www.sciencemadness.org/whisper/files.php?pid=302004&aid=26533 (дата обращения: 05.10.2025).