УДК 629.3:621.4:66.61/7
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