ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Абрамов Александр Евгеньевич
Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия

Ключевые слова: дизельное топливо, очистка дизельного топлива, углеводородные жидкости, электроочистители

Abramov Aleksandr Evgenievich
Ulyanovsk State Agricultural Academy

Библиографическая ссылка на статью:
Абрамов А.Е. Исследование влияния параметров электрического поля на эффективность процесса очистки дизельного топлива // Современная техника и технологии. 2011. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2011/10/52 (дата обращения: 27.05.2017).

В настоящее время известно множество конструкций аппаратов и способов очистки жидкостей в однородном электрическом поле, в том числе углеводородных жидкостей в нефтеперерабатывающей промышленности [1].

Загрязнения углеводородных жидкостей, к которым относится дизельное топливо, вызывают повышенный износ прецизионных пар топливной аппаратуры, подкачивающих насосов, забивку пор фильтров, коррозию деталей, ухудшают его прокачиваемость при низких температурах окружающей среды и другие отрицательные эффекты, которые приводят к его перерасходу, поэтому обеспечение его чистоты даёт значительный экономический эффект.

Однако эти устройства имеют ряд недостатков: во-первых, сравнительно большая материалоёмкость и энергоёмкость; во-вторых, большое гидравлическое сопротивление движению жидкости и, в-третьих, имеют низкую производительность. Этих недостатков лишены устройства электрической очистки жидкостей, поэтому данный способ очистки можно применять для очистки дизельных топлив различной природы.

Принцип работы электроочистителей с неоднородным электрическим полем аналогичен, но имеет следующие особенности. Во-первых, процесс очистки состоит из двух стадий – ионизации и осаждении частиц загрязнений на соответствующем электроде, который имеет заряд противоположного знака. Во-вторых, движение незаряженных частиц в неоднородном поле происходит под действием силы, возникающей вследствие различной диэлектрической проницаемости нефтепродукта и загрязняющих его частиц и направлена в сторону увеличения напряжённости поля. В процессе движения частиц к электроду происходит сорбирование на их поверхности заряженных ионов, в результате чего они приобретают заряд определённого знака и оседают на противоположно заряженном электроде.

По мнению ряда авторов [2] наиболее перспективными системами электродов являются коаксиальные, которые имеют ряд преимуществ: во-первых, их расположение в устройстве компактно; во-вторых, они дают возможность получать неоднородные электрические поля с разными коэффициентами неоднородности, в-третьих, коаксиальные электродные системы не создают дополнительного гидравлического сопротивления движению топлива и последнее эти системы создают симметричные электрические поля, в том числе однородные и неоднородные, что позволяет равномерно воздействовать на весь объём топлива.

Процесс, объясняющий поведение частиц загрязнений дизельного топлива в неоднородном электрическом поле можно объяснить следующим образом.

Диполь с электрическим моментом р (рис 1) ориентируется вдоль силовых линий под действием механического момента М=pE , градиент напряженности вызывает появление пондеромоторной силы F=p∇E . Эта сила приводит к перемещению более полярной, чем среда, частицы в область большей напряженности поля, менее полярной – в зоны с меньшей напряжённостью поля.

Для определения эффективности очистки дизельного топлива от загрязнений необходимо определить значение пондеромоторной силы F.

 модель процесса очистки в неоднородном поле

  Рисунок 1 – Ориентация частиц загрязнений в неоднородном электрическом поле

Выражение для сил, действующих на частицу загрязнения топлива в неоднородном электрическом поле, конфигурация которого определяется геометрией системы коаксиальных электродов (рис. 2) [3], можно получить, исходя из закона сохранения энергии.

Изменение энергии поля при внесении в среду с диэлектрической проницаемостью εi однородной и изотропной частицы с проницаемостью εa равно

                                                                          формула 1                                                               (1)

где Ei  - вектор напряженности поля в среде (топливе); Ea  вектор напряженности поля внутри частицы,

                                                                         формула 2                                                                                                  (2)

V - объём частицы.

 рисунок 2

Рисунок 2 – Расположение сил, действующих на частицу загрязнения в топливе при воздействии электрического поля:

1 – корпус; 2 – электрод; 3 – частица загрязнения.

После подстановки выражения (1) в (2), получим

                                                           формула 3                                                                        (3)

взяв первую производную полученного выражения (3) получим необходимое выражение для определения силы действующую на частицу

                                                         формула 4                                                                          (4)

Зная величину пондеромоторной силы F можно определить величину скорости движения, частицы к электроду υч, для этого используем третий закон Ньютона

            F=Fc ,                                                                                                                                       (5)

где Fc– сила сопротивления среды (сила Стокса),

                                                           Fc=ηυчa,                                                                                                                              (6)

η – динамическая вязкость среды (дизельного топлива).

Подставляя в выражение (5) выражения (4) и (6), сделав при этом соответствующие преобразования, получим

                                                        формула 7                                                    (7)

Для определения зависимости энергии от концентрации загрязнений дизельного топлива выражение (3) подвергнем интегрированию и дальнейшему преобразованию, после которого получим

                                                       формула 8                                                                                  (8)

Таким образом, полученное выражение (8) выявляет зависимость энергии электрического поля от размера частицы и их концентрации в дизельном топливе, однако не учитывает характера электрического поля. Выражения (4) и (7) также не учитывают характера электрического поля.

Как говорилось раннее, что наиболее предпочтительно использовать неоднородное электрическое поле, созданное системой электродов типа «коаксиальные цилиндры», поэтому ниже рассмотрим его основные параметры.

Напряженность электрического поля для системы электродов типа «коаксиальные цилиндры» [3] определяется из выражения

                                                                формула 9                                                                                                (9)

тогда выражение (2.20) можно записать так

                                                                 формула 10                                                                       (10)

для неоднородного электрического поля, создаваемого системой электродов «коаксиальные цилиндры», внутренний электрод которой выполнен в виде цилинрическо-конической поверхности (рис. 2), выражение (10) примет вид ,

                                                                 формула 11                                                                      (11)

где: χ – коэффициент неоднородности электрического поля, χ = f(l, r1);

       R – расстояние до частицы загрязнения.

Преобразовав выражения (4) и (7) аналогичным образом, получим

                                                              формула 12                                                     (12)

тогда скорость движения частицы к электроду можно определить по выражению

                                                                 формула 13                                                 (13)

Выражение (11) показывает взаимосвязь энергии поля  от размера частицы загрязнений а и их концентрации C в дизельном топливе при неоднородном электрическом поле.

Выражения (12) и (6) также отражают зависимости силы F, действующей на частицу радиуса а, от напряжения электрического поля U и её расстояния R до электрода при коэффициенте неоднородности поля χ.

ВЫВОДЫ

На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

  1. Рассмотрен механизм процесса электрической очистки дизельного топлива в неоднородном электрическом поле.
  2. Определены основные теоретические зависимости процесса электрической очистки дизельного топлива в неоднородном электрическом поле.
  3. Существенным недостатком выше приведённых зависимостей является отсутствие взаимосвязи, отражающей поведение частицы загрязнения в потоке дизельного топлива, что в дальнейшем необходимо будет устранить.

Библиографический список
  1. Коваленко В.П. Очистка нефтепродуктов от загрязнения. – М.: «Недра», 1990. – 160 с.:ил.
  2. Грановский М.Г., Лавров И.С., Смирнов О.В. Электрообработка жидкостей. Под. ред. докт. техн. наук Лаврова И.С. – Л.: «Химия», 1976. – 216 с.: ил.
  3.  Устройство для обработки и очистки топлива двигателей внутреннего сгорания. Патент РФ №2270355/Варнаков В.В., Кожевников А.П., Абрамов А.Е.-2006., Бюл. №5, опубл.20.02.2006 г.


Все статьи автора «Абрамов Александр Евгеньевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: