УДК 629.3:621.4:66.61/7

Определение математической модели топливной экономичности дизельной техники в условиях Севера

Иовлева Елизавета Лонгиновна – кандидат технических наук, доцент кафедры Машиноведения Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова.

Аннотация: Экономия топлива во многом зависит от его качества. Залог безотказной работы двигателя внутреннего сгорания заключается именно в качественном топливе. В предлагаемой статье показаны параметры оптимизации концентрации присадки Difron 315 для повышения топливной экономичности дизельной техники. Представлена математическая модель затрат на топливо в зимнее время. Построена статистическая модель на основе эмпирического подхода. На основе этого подхода были получены регрессионные показатели.

Ключевые слова: Дизельное топливо, топливная экономичность, физико-химические свойства, полиномиальные кривые.

Неотъемлемым требованием эффективного хозяйствования является рациональное использование ресурсов: переработка избыточного мазута в реактивное и дизельное топливо, сокращение энергопотребления, целесообразное использование депрессорных присадок. Соответственно, знание точных концентраций присадки приведет к значительной экономии топлива.[1] Это особенно актуально в условиях Севера, например в Якутии. Экономичность топлива зависит от множества факторов. Следует отметить, что математические модели расхода топлива можно получить путем синтеза уравнений автомобиля и различных характеристик и режимов работы двигателей.

В начале статьи следует указать, что в качестве основной расчетной модели была выбрана модель расхода топлива Qт, л/100 км из подсистемы технико-экономических показателей автомобилей, со следующими заданными параметрами [2]:

 , (1)

где:  – дальность перевозок;  – коэффициент использование пробега; – норма расхода топлива на 100 километров пробега (л/100км); – грузоподъемность транспортного средства (т);  – коэффициент использования грузоподъемности; – норма расхода топлива на 100 тонна-километр;  – коэффициент, который учитывает увеличение амортизационных затрат при работе на Севере;  и  – количество зимних и летних дней в году соответственно,  – время погрузки и разгрузки.

Необходимо учитывать, что расход топлива оказывает значительное влияние на денежные издержки, выраженных в рублях на тонну (руб/т). Чем меньше использованного топлива, тем меньше издержек. Чтобы добиться этого, требуется с особой точностью подходить к расчету оптимального количества присадки, которая поможет увеличить экономию топлива.

, (2)

где  – плотность топлива (кг/м³); – цена дизельного топлива в Якутии.

Чтобы корректно учесть концентрацию присадки, которая была добавлена в летний вид дизельного топлива, в уравнение необходимо ввести поправочный коэффициент δ, который учитывает оптимальную концентрацию депрессорной присадки в летнем виде дизельного топлива.

В таком случае получаем следующее уравнение:

, (3)

Далее для определения этого коэффициента, необходимо вычислить показатель, который определяет затраты на покупку присадки, которые рассчитываются на каждые 100 литров топлива, исходя из цены и необходимой концентрации присадки:

П = Спр × Ц, (4)

где Спр – предпочтительная концентрация присадки, которая была определена экспериментальным путем (%); Ц – стоимость 1 литра присадки (руб).

Следовательно, исходя из предпочтительной концентрации присадки в процентах, становится возможным определение ее необходимой концентрацию, выраженной в литрах (Спр.л.)

Далее следует рассчитать коэффициент δ:

, (5)

Необходимо указать, статистическая модель что в предлагаемой статье построена на основе эмпирического подхода. Это приводит к представлению расчетных моделей химмотологических процессов в виде алгебраических полиномов, которые связывают целевые показатели с факторами условий протекания процесса или составом топлива.[3] Чтобы определить оптимальную концентрацию присадки в дизельном топливе, мы составили математическую модель изучаемого процесса, которая представлена в виде полинома второго порядка с определением его коэффициентов.[5-9] Также следует отметить, что в качестве целевой функции (Ү) мы выбрали температуру застывания дизельного топлива, которая зависит от концентрации присадки () и описывается нижеследующим уравнением [2]:

, (6)

, (7)

, (8)

Нужно сделать оговорку, что температуру застывания возле минимума достаточно описать близлежащими точками, так как она определяется с помощью квадратного уравнения ряда Фурье.[8-9]

, (9)

В данной статье был использована конкретный вид депрессорной присадка – Difron 315. На Рис.1, приведенном ниже, продемонстрирована взаимосвязь двух параметров, а именно концентрации присадки и температуры ее застывания.

Рисунок 1. Полиномиальная кривая температуры застывания в зависимости от концентрации присадки.

Из Рис. 1 следует, что целевая функция будет выражена следующим образом:

, (10)

, (11)

Из приведенной функции следует, что коэффициенты регрессии равны:

= 102,44 , (12)

= 572,06 , (13)

= 528,77, (14)

, (15)

Возле минимума функцию температуры можно аппроксимировать квадратичной функцией, как видно из графика коэффициент . Температура застывания будет вначале понижаться, а потом повышаться, что зависит от концентрации присадки. Параметры оптимизации приведены ниже в Табл. 2.

Таблица 2. Зависимость концентрации присадки от температуры ее застывания.

Проба	Концентрации присадки (экспериментальная)	Концентрация присадки (расчетная)	Температура застывания (экспериментальная)	Температура застывания (расчетная)
1	0,45	0,4490935	-48	-47.9212
2	0,51	0,5090935	-51	-51.41
3	0,55	0,540935	-53	-52.2552
4	0,6	0,5990935	-50	-50.4568
5	0,7	0,6990935	-39	-38.9292

Рисунок 2. Полиномиальные кривые температуры застывания в зависимости от концентрации присадки (экспериментальная и расчетная).

Таким образом, в предлагаемой статье мы рассчитали точную необходимую концентрацию присадки в дизельном топливе с помощью математической модели расхода топлива. Вышеприведенный регрессионный анализ продемонстрировал, что зависимость температуры застывания и предельной температуры фильтрации от концентрации присадки имеют вид полиномы второго порядка. Полученные результаты являются весьма значимыми, поскольку знание точной концентрации присадки способствует значительной экономии топлива. Это является особенно актуальным в условиях Севера из-за частого использования присадки в северных регионах. Приведенные расчеты могут способствовать эффективному хозяйствованию в северных регионах Российской Федерации с помощью транспортных средств, работающих на дизельном топливе.

Список литературы

1. Иовлева Е.Л. Получение низкозастывающих дизельных топлив из Талаканской нефти, канд.дисс.на соискание ученой степени Уфа, 2016.
2. Ишков А.М, Иовлева Е.Л. Влияние качества дизельного топлива на работоспособность автомобилей // Вестник ИрГТУ. 2014. №11 (94)
3. Носова Е.В., Сапрыгина В.Н. Экспериментальное исследование качества дизельного топлива // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6(53).