Defended Doctoral Dissertation

Information about defended Doctoral Disseration in 2009 is presented. Scientific work (research field - transport engineering) is defended in Kaunas University of Technology

Research into three-component biodiesel fuels combustion process using a single droplet technique

In order to reduce the engine emission while at same time improving engine efficiency, it is very important to clarify the combustion mechanism. Even if, there are many researches into investigating the mechanism of engine combustion, so that to clarify the relationship between complicated phenomena, it is very difficult to investigate due to the complicated process of both physical and chemical reaction from the start of fuel injection to the end of combustion event. The numerical simulations are based on a detailed vaporization model and detailed chemical kinetics. The influence of different physical parameters like droplet temperature, gas phase temperature, ambient gas pressure and droplet burning velocity on the ignition delay process is investigated using fuel droplet combustion stand. Experimental results about their influence on ignition delay time were presented

The analysis of the motor characteristics of D–RME–E fuel blend during on-field tests

A detailed analysis of the characteristics of D–RME–E (diesel-rapeseed methyl ester-ethanol) was carefully performed fuelling an 18 kW capacity tractor unit equipped with the four-stroke D21A1 diesel engine (combustion chamber consists of a dished piston). The conducted on-field test demonstrated a positive effect on the dynamic and ecological characteristics of the tractor unit while fuelling the engine with biodiesel blend 70% D+30% RME (hereinafter – B30) admixed with dehydrated ethanol additive (5% (v/v)). This compound did not affect a decrease in the diesel engine power, and in the range of experiment error, showed a tendency of ~2% fuel economy compared to pure B30. A dramatic decrease in PM (40%), HC (25%) and CO (6%) emissions comparing to fossil diesel was observed when operating the tractor unit at maximum traction power which is a characteristic operating mode of the heavy duty transport means of agricultural purpose. NOx emission of the proposed D–RME–E blend showed a tendency to decrease to 4% compared to B30

ИСПАРЕНИЕ КАПЕЛЬ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ ЭТАНОЛА И БУТАНОЛА

This paper presents the results of theoretical and experimental studies of individual droplets evaporation of ethanol(E), butanol(B) and their mixture at 60% ethanol on mass (60%E+40%B) in the heated air environment in the temperature range of 350÷700K and atmospheric pressure. The appearance of effective technologies for the synthesis of renewable fuels from biomass opens the new possibilities for the use of these alcohols as alternative fuels. In practice, alternative fuels are used as components for mixture with fossil fuels. One of the main problems of attempting to increase part of biofuel additions into mixture with transport fuels lies in difference of biofuels thermophysical properties and ones for fossil fuels. These features substantially influence on processes of drop formation  and evaporation, ignition and combustion of the modified air – fuel mixture in a combustion chamber. The fuel drops evaporation as the initial stage of combustion in the engine chamber determines efficiency of all other processes. Therefore, the studies of biofuel drop evaporation and ones for their mixtures are relevant.Theoretical modelling of drops vaporization process of these liquid biofuels mixture has been conducted by the using discreet-component approach with the system of thermo- and masstransfer equations for each component of the mixture. So, this system is including (i+1) equations. For evaporation kinetics experimental study the suspended drop’s method was used. There are the received dependences of the droplet current diameter and temperature on time which demonstrate the availability of the staging of the mixture evaporation. On the first stage ethanol as the liquid with lower boiling temperature evaporates more intensively. After that there is only butanol at the droplet as the liquid with higher boiling temperature. The second stage is the stationary vaporization of the leftover component of the mixture. The analysis of dependence  allowed to estimate  duration of droplets evaporation both for single-component biofuels and for their mixture. The experimental values of evaporation duration correlates with calculations data.Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований испарения одиночных капель этанола (Е), бутанола (В) и их смеси с массовой долей этанола 60% (60%Е+40%В) в нагретой воздушной среде в диапазоне температур 350-700К и при атмосферном давлении. Появление эффективных технологий получения возобновляемых топлив из биомассы дало возможность использования этих спиртов как альтернативных горючих. На практике они используются как примеси к топливам, получаемым из нефти. Одна из главных проблем при увеличении доли добавок биотоплив к топливным смесям, использующимся в транспорте, заключается в отличии теплофизических свойств биотоплив от свойств  минеральных топлив. Эти различия значительно влияют на процессы образования и испарения капель, воспламенение и горение модифицированной воздушно-топливной смеси в камере сгорания. Испарение капель топлива, как начальная стадия горения в камере сгорания, определяет эффективность всех остальных процессов. Поэтому немаловажно изучение испарения капель биотоплив и их смесей.Теоретическое моделирование процесса испарения капель указанной выше биотопливной смеси проводилось с использованием приближения отдельных составляющих на основе уравнений тепломассообмена для каждого из компонентов смеси. То есть, система включает в себя (i+1) уравнение. Для экспериментального изучения кинетики испарения использовался метод подвешенной капли. Представлены полученные зависимости текущего диаметра и температуры капли от времени, которые показывают наличие стадийности испарения смеси. На первом этапе интенсивнее испаряется этанол, как жидкость с более низкой температурой кипения. После этого в капле остается только бутанол, как жидкость с более высокой температурой кипения. Второй этап – это равновесное испарение оставшегося компонента смеси. Анализ зависимости позволяет оценить продолжительность испарения капель как для однокомпонентных биотоплив, так и для их смесей. Экспериментальные оценки длительности испарения соответствуют расчетным данным

Випаровування краплин двухкомпонентної суміши етанола і бутанола

This paper presents the results of theoretical and experimental studies of individual droplets evaporation of ethanol (E), butanol (B) and their mixture at 60% ethanol on mass (60% E + 40% B) in the heated air environment in the temperature range of 350-700K and atmospheric pressure. The appearance of effective technologies for the synthesis of renewable fuels from biomass opens the new possibilities for the use of these alcohols as alternative fuels. In practice, alternative fuels are used as components for mixture with fossil fuels. One of the main problems of attempting to increase part of biofuel additions into mixture with transport fuels lies in difference of biofuels thermophysical properties and ones for fossil fuels. These features substantially influence on processes of drop formation and evaporation, ignition and combustion of the modified air-fuel mixture in a combustion chamber. The fuel drops evaporation as the initial stage of combustion in the engine chamber determines efficiency of all other processes. Therefore, the studies of biofuel drop evaporation and ones for their mixtures are relevant. Theoretical modelling of drops vaporization process of these liquid biofuels mixture has been conducted by the using discreet-component approach with the system of thermo- and masstransfer equations for each component of the mixture. So, this system is including (i+1) equations. For evaporation kinetics experimental study the suspended drop’s method was used. There are the received dependences of the droplet current diameter and temperature on time which demonstrate the availability of the staging of the mixture evaporation. On the first stage ethanol as the liquid with lower boiling temperature evaporates more intensively. After that there is only butanol at the droplet as the liquid with higher boiling temperature. The second stage is the stationary vaporization of the leftover component of the mixture. The analysis of dependence d²(t) allowed to estimate duration of droplets evaporation both for single-component biofuels and for their mixture. The experimental values of evaporation duration correlates with calcula-tions data.Представлені результати теоретичних і експериментальних досліджень випаровування поодиноких краплин етанолу (Е), бутанолу (В) та їх суміші з масовою часткою етанолу 60% (60% Е + 40% В) у розігрітому повітряному середовищі в діапазоні температур 350-700К та за атмосферного тиску. Поява ефективних технологій отримання поновлюваних палив з біомаси дало можливість використання цих спиртів як альтернативних палив. На практиці вони використовуются як домішки до пального, яке отримують з нафти. Одна з головних проблем при збільшенні частки домішок біопалив до паливних сумішей, які використовуються на транспорті, полягає в відмінності теплофізичних властивостей біопалив від властивостей мінеральних палив. Ці відмінності значно впливають на процеси утворення й випаровування краплин, спалахування та горіння модифікованої повітряно-паливної суміші у камері згорання. Випаровування крапель палива, як початкова стадія горіння в камері згорання, визначає ефективність усіх подальших процесів. Тому є важливим вивчення випаровування краплин біопалив та їхніх сумішей.Теоретичне моделювання процесу випаровування краплин вказаної вище біопаливної суміші проводилося з використанням наближення окремих складових на основі рівнянь тепломасообміну для кожного з компонентів суміші. Тобто система включає в себе (i+1) рівняння. Для експериментального вивчення кінетики випаровування використовувався метод підвішеної краплини. Представлені отримані залежності поточного діаметру і температури краплини від часу, які вказують на наявність стадійності випаровування суміші. На першому етапі більш інтенсивно випаровується етанол, як рідина з нижчою температурою кипіння. Після цього в краплині залишається лише бутанол, як рідина з вищою температурою кипіння. Другий етап – це рівноважне випаровування компонента, що залишився у суміші. Аналіз залежності d²(t) дозволяє оцінити тривалість випаровування краплин як для однокомпонентних біопалив, так і для їх сумішей. Експериментальні оцінки тривалості випаровування відповідають даним розрахунків