磁燃料调节器作用下的直燃式生物柴油柴油机相对性能外文翻译资料

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磁燃料调节器作用下的直燃式生物柴油柴油机相对性能

Seham AI-Fagaan：约旦大学工程技术学院机械工程系，约旦安曼大学。sehamalfagaan@gmail.com

Shaikha AI-Ajmi ：约旦大学工程技术学院机械工程系，约旦安曼大学。sehamalfagaan@gmail.com

Dr Jehad Yamin ：约旦大学工程技术学院机械工程系，约旦安曼大学。邮箱：yamin@ju.edu.jo；传真号： 962-6-5300813 ；电话： 962799609750

摘要：本文讨论了在使用/不使用磁性燃料调节器（MFC）的情况下使用废弃食用油制生物柴油对四冲程直喷式水冷式柴油机在满载时的性能和对排放特性的影响。

我们从约旦大学工程技术学院自助餐厅获得的废弃食用油，通过酯交换技术获得生物柴油。 首先，我们测试这种生物柴油的性能，并与石油柴油相比; 然后发动机用纯柴油和生物柴油两种燃料运行，以方便设定其参考性能；最后，安装MFC，并在两种燃料上重复相同实验。发动机转速设定在1000至2500转/分之间变化。因为发动机有振动过大和排气泄漏的现象，所以无法取更高的值。

结果发现，纯柴油的制动力矩，制动功率，制动平均有效压力和均热效率优于生物柴油，而在MFC的作用下，这两种燃料的性能都有提高纯柴油的制动燃料消耗低于生物柴油，而在MFC作用下两种燃料的制动燃油消耗都有所下降。因此，得出结论，使用MFC对发动机废气排放有良好的效果。

关键词：柴油机；生物柴油；磁燃料调节器；替代燃料；柴油机排放。

1. 简介

科学文明的发展与有效的能源供应密切相关。 国家根据天气，可获得资源，工业化水平，经济地位，地理位置和文化情况这些条件来消耗各种形式和不同数量的能源。

据估计，全球拥有1.4times;1015吨以上的石油。但这一数量的石油在全球的分布并不均匀。由于近代燃料的大量使用环境资源，全球能源需求不断增长，根据国际能源机构的预测，到2030年能源需求量将增加约50％。而现在80％以上的主要能源都是化石燃料，虽然化石燃料的储备在未来几年内还可以开采，但从长远角度来看，它终将有一天会耗尽。所以现在重要的是寻找另一种环保低价的替代燃料，来保证未来的能源需求^[1-2]。

由于天然气和石油资源存储量的减少和需求量日益增加，当今世界正面临着能源危机。自然中的资源总量都是有限的，虽然还可再生，但这些自然资源的再生可能需要数百万年才能恢复。而且并不是所有国家的自然资源同样丰富，所以现在很多人关注并正在努力减少这些天然资源的使用并用可再生资源取代他们。虽然能源危机是已经是一个广泛性的问题，但还有大多数人仍然不明白其重要性，除非有一天缺少能源从而变得昂贵起来。面对这一现象，虽然有很多人做了很多努力去改进，但这个问题还是随着时间的推移不断增加和恶化。今天我们如何处理能源危机的知识有限，所以我们研究这个话题，我们的研究将有助于解决能源危机^[3]。

现在，有各种可能的解决方案来作为解决能源危机的选项尽管有的还尚未被人们考虑到，这样的方案有^[3]：

1. 减少世界对不可再生资源的依赖，加强整体保护力度是最佳可行方案。
2. 使用节能产品，节约能源，消耗更少的能源让它能够维持更长的时间。
3. 执行能源审计，用于确定能源消耗领域以及提高能源效率所需的步骤，这一方法有助于减少碳排放，节约能源，防止能源危机。
4. 发展中国家必须采取共同的立场来帮助减少温室气体排放。

中东地区以其丰富的化石燃料而闻名，特别是海湾国家。科威特国家是海湾第二大国家，占世界石油储量的75％，石油资源最多。今天，科威特是世界第四大石油储备的主要石油生产国之一，虽然其主要消费量一直在增加，但其大部分石油生产还是要出口到亚洲。

在科威特，石油是主要的能源来源，每年的产量都增加80%，这一增长通常都是由于气候恶劣的变化和国家经济建设需求快速增长。 此外，1980年的石油产量中有10％被损耗，2005年增加了20％，预计到2015年将达到40％。这是因为科威特完全依赖石油作为收入来源，其他能源短缺和环境问题严重，无法满足未来社会对于能源的要求，所以这个国家被迫增产，减少出口^[4-5]。

图1：科威特的能源消费部门情况

从科威特石油部门报告看出，主要能源消耗部门是水电部门，石油部门，交通运输部门，同样重要还有家庭，如图1所示^[6]。

Lapuerta等^[7]人从废弃食用油生产了两种不同的生物柴油燃料，并在直燃式柴油机同一发动机运行条件下进行了测试。在发动机中测试纯柴油和纯生物柴油和按照30％和70％体积比与柴油混合作为参考。最后他们得出结论，发动机效率不受影响，燃料消耗增加，而发热量随生物柴油增加而下降。同时随着生物柴油浓度的增加，烟雾和颗粒物质的排放相应减少。

Sharon等^[8]从不同餐厅收集棕榈油，并通过酯交换技术将其转化为生物柴油。然后将燃料与三种不同百分比（25％，50％，75％）的柴油混合。纯生物柴油及其混合物在DI柴油发动机中以恒定速度通过改变20-100％的负载进行测试。之后他们得出结论，B25和B50的性能与柴油燃料相似。另一方面，B100和B75的烟雾密度分别比满载时的柴油低19％和10％。测量的全负荷下BI00

和B75的CO和HC排放量低于柴油，除B75在整个试验中排放量最少以外的所有

生物柴油混合物的NOx排放均较高。在与生物柴油共混物的操作过程中燃烧剖面光滑，没有爆震发生，在B50时产生峰值气缸压力，而所有混合比的生物柴油的点火延迟均低于柴油。

Yu-Cheng等^[9]观察地沟油制造的生物柴油对使用此种生物柴油作为燃料的柴油机有机污染物排放的影响。他们得出结论，使用地沟油制造的生物柴油既解决了废油处理的问题，又减少了了柴油发动机的有机污染物的排放。

Naima等^[10]分析了从废塑料，地沟油和发动机润滑油中提取的生物柴油的性质，并且与柴油进行比较。他们发现这些生物柴油性质与柴油相似。用这三种废油作为柴油机中的燃料，发现，废料油具有比柴油更高的粘度，峰值压力，废气温度，氧含量，略高的NOx排放和较低的热值。当他们完全使用这三种废油作为柴油机燃料时发现，与完全使用柴油相比，NOx，CO排放和热效率更高。而且从废机油中提取的燃料具有与柴油燃料相似的热物理特性。随着蒸馏温度逐渐升高，扭矩，制动平均有效压力和制动器热效率也高于柴油，废油的制动燃料消耗也相对较低。

H. An等^[11]研究了在欧IV柴油机中纯生物柴油及其混合物的燃烧性能和排放特性。他们得出结论，部分负荷条件下，使用生物柴油及其混合物导致低发动机转速，较高的制动燃料消耗。使用生物柴油柴油机的绝对有效效率在50％和100％负荷下比柴油略高，但在25％负荷下发现相反的趋势。而对于燃烧特性，与纯柴油相比，生物柴油有较短的点火延迟和较小的峰值放热速率。同时，也发现使用生物柴油时发现发动机的排放量减少，但发动机转速对发动机燃烧和排放形成过程有很大的影响，所以发动机转速低的时候用生物柴油的发动机排放反而出现反向的趋势。

从上述参考文献和文献中可获得的更多可以得出结论，WCOBD对石油柴油具有良好的潜在替代和补充。本论文符合上述研究者的工作，本文也是为了测试当地可用原料（即约旦自由餐厅的石油）作为生物柴油燃料基料的潜在用途的影响。 而关于磁体的使用，文献中很少有人去研究，我们也没有看到关于使用替代燃料如生物柴油的磁体的任何研究。

Jain等^[12]开发了一种磁性燃料调节器，用来解决不完全燃烧产生大量的排放气体，效率较低等问题。在MFC中使用铁氧体磁铁，可以提高效率和减少排放。 在油管中安装有一个永磁体，这增强了燃料性质和并加强了空气与燃料的混合。 使用MFC改善了汽车的里程和排放。

Shweta et.al^[13]在单缸柴油发动机中使用1400-1800高斯的MFC磁体。 结果发现，当使用磁铁时，包括BSFC在内的烟雾含量有所降低。

Kumar等^[14]采用了新型的磁场电离方法后，发现发动机热效率提高了2％，发动机排放减少了5％。

Tesfa等^[15]人研究了用于减少生物柴油发动机的NOx排放的现有技术。通过使用来自废弃机油和柴油的生物柴油，发现的NOx排放减少了50％，燃料消耗没有什么变化。

AI-Khaledy ^[16]在内部使用由四个磁体组成的铜合金装置，以在100 KV A的外部发电机上开发1500高斯的磁通量。发电机在有和没有磁通磁力的情况下进行了为期四周的测试期。最后他发现使用磁场单元时燃烧效率显着降低。

本研究试图揭示磁性燃料调节剂（MFC）对生物柴油燃料CI发动机的影响，并将其作用与普通柴油进行比较。这是相对较新的研究，之前并没有得到很多关注（据我们所知）。它分为三个主要部分：

1. 使用废料油生物柴油（WCOBD）作为CI发动机的燃料；
2. 使用带柴油的磁铁；
3. 使用磁铁与生物柴油。

文献回顾，发现没有这样的尝试研究WCO柴油磁体作为CI发动机燃料的使用。

1. 实验装置

实验工作包括三个部分，即燃料准备，燃料性质的确定和使用/不使用MFC的发动机测试。

2.1燃油准备

废旧食用油（WCO）从约旦大学工程技术学院的食堂被带到化学工程部的实验室进行转换。用于将WCO转化为生物柴油的方法称为酯交换反应，它的原理是通过加入酸或碱作为催化剂使酯化合物的烷氧基被另一种醇交换。

这种添加酸和碱的主要原因是酸可以通过向羰基中提供质子催化反应，从而使其更具活性，而碱通过从醇中除去质子来催化反应。除此之外，轻微的加热也有助于活性的增加。

在实验室中，先将1.5升WCO倒入金属桶中，然后放在电饭煲上进行加热。 当油温达到60℃时，逐渐加入更多的油，直至达到6L。另一方面，将20％的甲醇与容量瓶中的10％KOH充分混合，形成一种称为甲醇盐的溶液，该混合物无需加热，因为它的反应过程产生的放热的。

之后，将甲醇盐轻轻倒入热油中，然后将称为搅拌器的小球状金属置于热油中搅拌近1小时，最后将转化的油在分液漏斗中冷却8小时，以分离出甘油和生物柴油。

图2：分离过程

最后，除去积聚在漏斗底部的甘油（如图2所示），将蒸馏水倒入漏斗中以洗涤生物柴油，该过程进行三次，以去除过量的KOH和甘油（如果有的话）。

图3：洗涤生物柴油

柴油和生物柴油以三种不同的百分比混合在一起，分别是：75％柴油与25％生物柴油；50％柴油与50％生物柴油；25％柴油与75％生物柴油。

在化学工程部的实验室中，对于柴油，生物柴油和三种不同混合比混合的燃料，确定了它们的热值，密度和粘度，将在后面讨论。

2.2发动机测试设置

这项研究是在4冲程，4缸，直喷，水冷式温和压缩点火发动机上进行的，如图4所示，扫描体积为1500cc。其他发动机规格如表1所示。

表1：发动机规格

图4：直燃柴油机

1 发动机 2 刹车 3 负荷开关 4 数据记录仪

5 进气口 6 空气箱 7 柔性隔膜 8 油箱

9 控制单元 10 倾斜压力 11 燃油流量 12 进气歧管

计 滴定管

13 热水出口 14 水流孔 15 联轴带 16 压力计

17 冷却塔 18 水泵

另一方面，以下参数在测试期间保持不变：两种燃料比容积= 50ml；实验室环境压力= 90.3 bar；总发动机冲程量= 1.5L；水流孔面积= 0.00118平方米。

最后，使用Kane 4气体分析仪确定废气，如图5所示，使用探头吸取少量废气，然后进行即时气体排放分析。它显示一氧化碳，二氧化碳和氮氧化物的量。 图5：KANE排气分析仪。

结果将分三个阶段进行讨论。在这样做之前，对结果进行不确定性分析，以检验结果的有效性。

1. 不确定分析

不确定性分析的量化vanatl是在实测值的一个物理量与同一物理量真实值

之间。

用于不确定性计算的方程如下所示：

其中，WX1，WX2，WX3。 。 。 是独立变量的不确定性或误差，是结果中的误差。 这个公式的详细推导可以在文献17中找到。

对

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