CC BY
42
УДК 621.431.74.016
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И НАНОСТРУКТУР ЧАСТИЦ САЖИ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ
Руднев Б.И., д.т.н., профессор, ФГОУВПО «Дальневосточный государственный техническийрыбохозяйственный университет, e-mail:
Приведены данные электронно-микроскопических исследований наноструктуры частиц дизельной сажи. Установлено, что наноструктуры частиц дизельной сажи имеют различную форму и охватывают диапазон размеров от 20 до 300 нм.
Ключевые слова: частицы дизельной сажи, диаметр частиц, наноструктуры частиц дизельной сажи.
EXPEREMENTAL INVESTIGITION OPTICAL DATA AND NANOSTRUCTURES PARTICLES SOOT OF MARINE DIESEL
Rudnev B., Doctor of Technical Sciences, professor, FSEIHPE «Far Eastern State Technical Fisheries University», e-mail:[email protected]
Data of electronic microscope investigations of nanostructure diesel soot particles are given. It is stated that nanostructures of diesel soot particles have different shape and range from 20 - 300 nm.
Keywords: diesel soot particles, diameter of particles, nanostructure of diesel soot particles.
Анализ физико-химических свойств частиц дизельной сажи выполнен авторами в работах [1, 2]. В них приведена информация, имеющаяся в научно-технической литературе и показана важность достоверных данных, касающихся как геометрических размеров частиц дизельной сажи, так и состоящих из них наноструктур.
В настоящей работе представлена часть результатов экспериментального исследования наноструктуры частиц дизельной сажи. Пробы сажи отбирались непосредственно из камеры сгорания работающего судового дизельного двигателя типа 4Ч 18/24 контактным методом с помощью специального устройства, смонтированного на штатном индикаторном канале.
Следует отметить, что для анализа процесса радиационного теплообмена в камере сгорания дизельного двигателя необходимо располагать достоверными данными по оптическим характеристикам частиц сажи и их наноструктурам, взятым именно из камеры
сгорания, а не из выхлопной трубы. Это обусловлено значительными отличиями по температуре и давлению, которые являются определяющими для процесса образования частиц сажи и их наноструктур в камере сгорания дизельных двигателей [3 - 6].
На рис. 1 представлена микрофотография частиц дизельной сажи, полученная на электронном микроскопе с большой разрешающей способностью.
Анализ рис. 1 показывает, что частицы дизельной сажи имеют в основном сферическую или близкую к ней форму. На рис. 2 представлен фрагмент микрофотографии (рис.1) при большем увеличении.
Из рис. 2 видно, что одиночные частицы дизельной сажи охватывают диапазон размеров от 10 до 50 нм. Наноструктуры, в которые они объединяются, имеют значительно большие размеры: 150 - 200 нм и более. Рис. 3 демонстрирует наноструктуру частиц
* * -> -r***t «Зп.,
V-»' V
Рис. 1. Электронно-микроскопический снимок частиц дизельной сажи (шкала размеров в микрометрах)
■.
'W
•Ш: .&ST &
- Srjt*
S5500 10.7kV -0.3mm хЗО.Ок SE 5/20/2015 16:13
Рис. 3. Наноструктура частиц дизельной сажи (шкала размеров в микрометрах)
Рис. 2. Фрагмент микрофотографии представленной на рис. 1 (шкала размеров в нанометрах)
Рис. 4. Фрагмент микрофотографии представленной на рис. 3 (шкала размеров в нанометрах)
Рис.5. Наноструктура частиц дизельной сажи (шкала размеров в Рис 6 фрагмент микрофотографии, представленной на рис. 5
микрометрах) (шкала размеров в нанометрах)
Element Setup | Analysis Setup | Compaie Information Quant Results | Processing | P&S Select |
Wed May 20 13:5421 2015 Fillet Fit Chi-squared value: 24.919 Enoes:*/-1 Sigma Correction Method: Proza (Phi-Rho-Z) Acc. Volt age: 2Э.О kV Take OH Angle: 15.0 deg
E lement E lement Line Wt.Si
С К 93.80
6.20
Wl» Atom 3£ Atom S£ Compnd
Error Error WIS:
♦/-1.47 95.28 ♦/- 1.49 93.80
♦/-1.38 4.72 ♦/-1.06 6.20
Рис.7 а. Спектральный анализ наноструктуры частиц дизельной сажи (размер структуры порядка 750нм)
Wed May 20 16:1 О:ОЭ 201 5 Filter Fil Chi-squared value: 4 411 Er Correction Method: Proza (Phi-Rho-Z| - Voltage: 1 0.7 kV Take Off Angle: 1
E lement E lement
I F
Б Select |
Atom S; Atom Si Compnd
Si L Si К S L S К
О. es
0.49 1 OO OO
+/-O.OS +/-O.OS +/-O.Q8
91.63 7.24 О.ЭО
0.25 0.15 lOO OO
. У 0.04 О */- 0.04 */- 0.02 */- 0.02
Рис.8 а. Спектральный анализ наноструктуры частиц дизельной сажи (размер структуры порядка 2500нм)
Рис.7 в. Спектральный анализ наноструктуры частиц дизельной сажи (размер структуры порядка 750нм)
дизельной сажи, превышающую по размеру 1000 нм, на рис. 4 показан фрагмент этой микрофотографии.
Встречаются наноструктуры и больших размеров, это подтверждается экспериментальными данными, показанными на рис. 5
На рис. 7а, 7в и 8а, 8в представлены результаты спектрального анализа наноструктур частиц дизельной сажи. Их анализ показывает, что частицы в наноструктурах на 88 - 93% по массе содержат углерод, то есть сажу, содержание других элементов незначительно.
Полученные экспериментальные данные по оптическим характеристикам частиц дизельной сажи и их наноструктурам позволяет более обоснованно подходить к оценке таких важнейших параметров радиационного теплообмена как параметр дифракции и коэффициент ослабления потока излучения [7 - 14].
Литература:
1. Руднев Б.И., Повалихина О.В. Анализ физико-химических свойств частиц дизельной сажи // Materials of the IX International research and practice conference "European Science and Technology". Vol. 2. - Munich, Germany, 2014. - P. 428 - 432.
2. Руднев Б.И., Повалихина О.В. Основные физико-химические свойства частиц дизельной сажи // Научные труды Дальрыбвтуза. - 2014. - Т.33. - С. 49 - 54.
3. Теснер П.А. Образование сажи при горении // Физика горения
Рис.8 в. Спектральный анализ наноструктуры частиц дизельной сажи (размер структуры порядка 2500нм)
и взрыва. - 1979. - № 2. - С. 3 - 13.
4. Kamimoto T., Yagita M. Particulate formation and flame structure in diesel engines // SAE Preprints, 1989. - No. 890436. - 9p.
5. Бакиров Ф.Г., Захаров В.М., Полещук И.З. и др. Образование и выгорание сажи при сжигании углеводородных топлив. - М.: Машиностроение, 1989. - 128 с.
6. Haynes B.S., Wagner H.G. Soot formation // Progress in energy and combustion science. - 1981. - Vol. 17. - № 4. - P. 229 - 273.
7. Руднев Б.И., Повалихина О.В. Оптические параметры частиц сажи и энергетические характеристики радиационного теплообмена в камере сгорания дизельного двигателя // Тепловые процессы в технике. - 2013. - Т. 5. - № 10. - С. 476 - 480.
8. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков Л.Н. Теплообмен излучением: Справочник / - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.
9. Руднев Б.И., Повалихина О.В. Особенности расчета оптико-геометрических характеристик теплообмена излучением в камере сгорания дизельного двигателя // Тепловые процессы в технике. -2015. - Т.7. - №2. - С. 87 - 91.
10. Дмитриев А.С. Тепловые процессы в наноструктурах. - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - 303 с.
11. Zhang Z. Nano / Micro scale Heat Transfer. - Mc Graw - Hill, New York, 2007, - 320 p.
12. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. - М.: Мир, 1996. - 660 с.
13. Елисеев В.Н., Товстоног В.А. Теплообмен и тепловые испытания материалов и конструкций аэрокосмической техники при радиаци-
онном нагреве. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. - 396 с.
14. Руднев Б.И., Повалихина О.В. Экспериментальное исследование наноструктуры частиц дизельной сажи // Materials of the X International research and practice conference "European Science and Technology". Vol. 2. - Munich, Germany, 2015. - P. 343 - 349.
УДК 629.12.001.2
КРУПНОМАСШТАБНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МОРЕХОДНОСТИ ВЕЗДЕХОДА НА ВОЗДУХООПОРНЫХ ГУСЕНИЦАХ
Азовцев А.И., д.т.н., профессор, начальник кафедры Теории и устройства судна, ФБОУ ВПО «Морской государственный университет
им. адмирала Г. И. Невельского», e-mail: [email protected] Москаленко О.В., старший научный сотрудник НОЦ ИРМТ НИИ МТ, ФБОУ ВПО «Морской государственный университет им.
адмирала Г. И. Невельского», e-mail: [email protected]
Прогнозируемые преимущества мореходных вездеходов на воздухоопорных гусеницах над всеми известными амфибийными вездеходами предопределяют возможности их широкого применения при освоении побережья Арктики и Дальнего Востока. Для повышения надежности проектных обоснований технического проекта мореходного вездехода на воздухоопорных гусеницах большой грузоподъемности для комплексного освоения побережья и шельфа спроектирована и изготавливается крупномасштабная самоходная модель в масштабе 1:3. Заложенный резерв мощности позволит проверить особенности гидродинамики вездехода при числах Фруда превышающих проектные. Прогнозирование сопротивления воды и воздуха в оценках перспективности разрабатываемого вездехода основано на известных экспериментальных исследованиях скеговых судов на воздушной подушке. Разработанный облик натурального образца служит основанием выбора размерений модели на принципе геометрического подобия. Немодельные размерения силовой установки модели стали причиной приемлемых отступлений от облика натуры.
Ключевые слова: самоходная модель, мореходный вездеход, прогноз сопротивления.
LARGE-SCALE MODEL FOR RESEARCH OF SEAWORTHINESS OF THE ALLTERRAIN VEHICLE ON AIR-SUPPORTED TRACKS
Azovtsev A., Doctor of Engineering Science, professor, head of the Naval architecture chair, FSEIHPE «Maritime State University named after
admiral G.I.Nevelskoi», e-mail: [email protected], Moskalenko O., senior research scientist of the REC RRMT RDE MT, FSEI HPE «Maritime State University named after admiral
G.I.Nevelskoi», e-mail: [email protected]
The forecast advantages of the all-terrain vehicles on air-supported tracks over all known amphibian cross-country vehicles define the possibilities of using them in developing coastlines of the Arctics and the Far East. To increase reliability of the feasibility study of significant capability seaworthy vehicles on air-supported tracks, a large-scale model (1:3) has been designed. It is being constructed. The provided power reserve will allow to check the peculiarities of the vehicle's hydrodynamics with the FRUD numbers exceeding the projected ones. The forecast of water and air resistance is based upon known experimental research of skeg ships on air cushion. The developed look of the natural pattern serves as the base for choosing model dimensions on the principles of geometrical similarity. Non-model dimensions of the model power installation became the reason for acceptable deviation from the natural pattern.
Keywords: self-propelled model, seaworthy all-terrain vehicle, forecast of resistance.
Прогнозные преимущества мореходных вездеходов на воздухоопорных гусеницах предопределяют их широкое применение в освоении Арктики и Дальнего Востока [1] в том числе для развития прибрежного промысла [2]. Базовым образцом разработанного модельного ряда является мореходное транспортное средство на воз-духоопорных гусеницах грузоподъемностью 60 тонн (ТСВГ-60).
Универсальность ходовых качеств сочетается с широкими возможностями применения ТСВГ-60.
Перевозка грузов должна осуществляться укрупненными местами (поддоны, стропы, волокуши, пакеты, контейнеры) с возможностью перевозки длинномеров длиной до 24 (лес, прокат, трубы в плетях, железобетонные и стальные конструкции).
Многие базы приема грузов на арктическом и дальневосточном побережье не обеспечены разгрузочными устройствами. Необходимо иметь собственное разгрузочное устройство на борту вездехода, что особенно выгодно при малом объеме завоза грузов в многочисленные мелкие пункты.
В соответствии с обликом, приведенном на рис. 1 предлагается схема ТСВГ с двумя ВГ. Грузовая платформа установлена между ВГ. Две рулевые рубки навешены впереди ВГ. Машинные отделения расположены внутри гусениц. Материал корпуса ТСВГ алюминиево-магниевый сплав. Материал гусениц - транспортерная лента и обрезиненная ткань, африкционные материалы.
Транспорт пригоден для выполнения перевозок и технологических операций при строительстве и эксплуатация нефтяных и газовых трубопроводов, при обустройстве месторождений, при выполнении восстановительных работ в тундре, для буровых работ
на мелководье шельфа.
Практикой проектирования воздухоопорных гусениц разработана схема наглядного представления и взаимной увязки основных геометрических параметров в форме проекции продольного сечения гусеницы на внутренний борт левого скега на плоском твердом горизонтальном грунте [2].
Основные задачи проектирования воздухоопорной гусеницы решаются с целью:
- обоснования удовлетворения требований к транспортному средству с учетом ограничений;
- рационального сочетания множества параметров воздухоопор-ной гусеницы для повышения технико-экономических показателей вездехода.
Образец совмещенной схемы продольного сечения гусеницы и скега показан на рис.2.
Предварительные испытания самоходного макета в масштабе 1:4 показали, что:
воздухоопорные гусеницы являются плавучим амфибийным вездеходным движителем, плавучесть которого соизмерима с опорной реакцией на грунт;
обеспечивается мореходность на волнении до 4 баллов включительно, в том числе и в прибойной полосе;
транспортное средство надежно работает в битом льду с обеспечением выхода на лед, при ходе одной гусеницей по льду, другой - по воде.
Проектные обоснования намечено дополнить испытаниями самоходного макета. Испытания должны подтвердить показания
