Methodology for the numerical solution of problems in relation to the coil-type electric heat exchangers for heating fuel

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The specificity of the operating conditions of agricultural tractors in the agro-industrial complex requires the provision of reliable engine start at low ambient temperatures. Improving the starting qualities of a diesel engine and reducing incomplete combustion in the post-start period can be achieved by increasing the exergy of the air charge at the end of the compression stroke or increasing the exergy of the fuel injected into the combustion chamber. The purpose of the study is to reduce the expenditure of exergy for prestarting a diesel engine, improve starting qualities and reduce incomplete combustion in the post-start period.

To achieve this goal, the design of an electric heat exchanger was developed in the form of a coil from a high-pressure fuel line, into which a heating element is inserted. A method for calculating its main parameters was developed. Calculations showed that in order to ensure reliable start-up of a diesel engine in winter, it is necessary to heat the fuel in the nozzle to a temperature of 240 °C in the thermal boost mode. A heater of about 98 Watts is required to reach this temperature within 270 seconds of priming. However, in order to maintain such a fuel temperature during the start-up process, it is necessary to make changes in the nozzle design in order to minimize heat losses into the walls of the fuel channel by applying a heat-insulating coating. With further engine operation in the post-start heating mode, the fuel temperature in the injector is reduced to 85–95 °C.

About the authors

G. M. Krokhta

Novosibirsk State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: mshipo@mail.ru

Dsc in Engineering

Russian Federation, Novosibirsk

YE. N. Khomchenko

Novosibirsk State Agrarian University

Email: mshipo@mail.ru

PhD in Engineering

Russian Federation, Novosibirsk

N. A. Usatykh

Novosibirsk State Agrarian University

Email: mshipo@mail.ru
Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Heywood J.B. Internal combustion engine fundamentals [Tekst] / John B. Heywood. McGrow-Hill. 2019. 1056 p.
  2. Balabin V.I., Vasil’yev V.N. Features of the use of thermal boosting of fuel on locomotive diesel engines. Sovremenn·yye naukoyemkiye tekhnologii. 2015. No 4, pp. 107−113 (in Russ.).
  3. Krokhta G.M. Cold start of the 6ChN 13,0/11,5 engine and post-start warming up of the engine-transmission unit of the T-150K tractor. Traktory i sel’khozmashiny. 2016. No 1, pp. 31–35 (in Russ.).
  4. Krokhta G.M. Quality control of the mixture formation process during start-up and post-start heating of a diesel engine. Traktory i sel’khozmashiny. 2019. No 4, pp. 3−12 (in Russ.).
  5. Celik A., Yilmaz M., Yildiz O.F. Improvement of diesel engine startability under low temperatures by vortex tubes // Energy reports. 2020. № 6. С. 17−27.
  6. Ramadhas A.S., Xu H. Intake air heating strategy to reduce cold-start emissions from diesel engines // Biofuels. 2018. Vol 9. Iss 3. С. 405−414.
  7. Mekonen M.W., Sahoo N. Effect of fuel preheating with blended fuels and exhaust gas recirculation on diesel engine operating parameters // Renewable Energy Focus. 2018. Vol 26. С. 58−70.
  8. Krokhta G.M. The exergy method and criteria for assessing the readiness of a diesel engine for start-up. Vestnik NGAU. 2012. No 1 (22). Chast’ 2, pp. 132−135 (in Russ.).
  9. Yudayev B.N. Teploperedacha [Heat transfer]: Uchebnik dlya vuzov. 2-e izd., pererab. i dop. Moscow: Vyssh. Shkola Publ., 1981. 310 p.
  10. Krokhta G.M., Vagaytsev P.S., Usatykh N.A., Khomchenko YE.N. Ustroystvo dlya podogreva topliva v sisteme vysokogo davleniya dizel’nogo dvigatelya v predpuskovoy i puskovoy periody [Device for heating fuel in the high pressure system of a diesel engine during pre-start and start-up periods]: patent No 2731505 (RF). 2020.
  11. Krokhta G.M. Osobennosti ekspluatatsii traktorov v usloviyakh nizkikh temperature [Operation of tractors at low temperatures]: monografiya. Novosib. gos. agrar. un-t, Inzhener. In-t. Novosibirsk: ITS NGAU «Zolotoy koloS» Publ., 2017. 376 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The device of an electric heat exchanger for heating fuel in the high-pressure fuel line of a diesel engine in the pre-start, start-up and post-start periods: 1 – high pressure pipe (coil); 2, 3 – cover left, right; 4 – metal casing; 5 – thermal sensor connector; 6 – temperature sensor; 7 – threaded bushing; 8 – electric heater; 9 – sealing washer; 10 – aluminum foil; 11 – thermal insulation

Download (145KB)
3. Fig. 2. Calculation diagram of the electric heat exchanger

Download (110KB)

Copyright (c) 2021 Krokhta G.M., Khomchenko Y.N., Usatykh N.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».