The study of particulate emissions from small aircraft equipped in jet engine

Podobne dokumenty
BADANIA STĘŻE Ń ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN TURBINOWEGO SILNIKA ŚMIGŁOWEGO W USTALONYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

The investigations into the influence of ethanol additive to Jet A-1 fuel on the exhaust emissions from a GTM-120 turbine engine

Badania wpływu dodatku tlenowego (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 ) do paliwa JET A-1 na emisję związków szkodliwych spalin silnika turbinowego GTM-120

BADANIA EMISJI SILNIKA TWD-10 B/PZL-10S PODCZAS PRÓBY SILNIKÓW SAMOLOTU PZL M28B BRYZA

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

Comparative analysis of exhaust emission tests for a turbine engine

Metodyka oceny wydatku spalin silnika odrzutowego

JAKOŚĆ POWIETRZA W WARSZAWIE

Analiza parametrów eksploatacyjnych silnika samolotu wielozadaniowego

THE ASSESSMENT OF TOXIC EMISSION FROM THE ENGINES OF THE W-3 HELICOPTER IN THE PREFLIGHT ENGINE RUN

OCENA WPŁYWU OPERACJI LĄDOWANIA SAMOLOTU PASAŻERSKIEGO NA STĘŻENIE CZĄSTEK STAŁYCH W POBLIŻU LOTNISKA

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Ocena wpływu dodatku biopaliwa na emisję związków szkodliwych przez silnik odrzutowy

Zanieczyszczenia powietrza w Polsce. Zagrożenia zdrowotne

Niska emisja SPOTKANIE INFORMACYJNE GMINA RABA WYŻNA

WPŁYW WARUNKÓW PRACY SILNIKÓW POJAZDÓW BOJOWYCH NA EMISJĘ SKŁADNIKÓW SZKODLIWYCH SPALIN I ZUŻYCIE PALIWA

Monitoring i ocena środowiska

Eliminacja smogu przez zastosowanie kotłów i pieców bezpyłowych zintegrowanych z elektrofiltrem

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

ZAŁĄCZNIKI. Wniosek DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen and mixed n-butanol with iso-butanol

KONFERENCJA: JAK DBAĆ O CZYSTE

BADANIA EMISJI SPALIN W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU DROGOWEGO AKTUALNE MOŻLIWOŚCI BADAWCZE

PTNSS Wprowadzenie. Jarosław MARKOWSKI Jacek PIELECHA Jerzy MERKISZ Mateusz NOWAK

Dimensional distribution of particulate matter emitted from CI engine fueled by diesel fuel/rme blends

PL Zjednoczona w różnorodności PL B8-0156/28. Poprawka. Anja Hazekamp, Younous Omarjee w imieniu grupy GUE/NGL

EMISJA SPALIN Z WOZÓW BOJOWYCH ROSOMAK W WARUNKACH POLIGONOWYCH

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

ANALIZA ROZKŁADU WYMIAROWEGO CZĄSTEK STAŁYCH DLA POJAZDÓW UśYTKOWYCH W TESTACH DROGOWYCH

The influence of the acceleration style of the truck on carbon dioxide emissions

1. W źródłach ciepła:

Analiza emisji związków szkodliwych spalin z silnika odrzutowego zasilanego biopaliwem

OCENA WPŁYWU MODERNIZACJI LOKOMOTYW SPALINOWYCH NA EMISJĘ ZANIECZYSZCZEŃ

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

Assessment of vehicle emission indicators for diverse urban microinfrastructure

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

Jak działamy dla dobrego klimatu?

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

OCENA JAKOŚCI POWIETRZA W WOJEWÓDZTWIE PODKARPACKIM ZA ROK 2014

Energetyka węglowa a zdrowie. Paulina Miśkiewicz Michał Krzyżanowski

Ekologia w lotnictwie

KONFERENCJA: PROPOZYCJE ZMIAN PRAWNYCH, MAJĄCYCH

ZADANIA INSPEKCJI OCHRONY ŚRODOWISKA W ZAKRESIE MONITOROWANIA JAKOŚCI POWITRZA

Transport I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) Studia stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

The analysis of emission from CNG city bus in terms of procedures NTE and the EU 582/2011

KATALIZATOR DO PALIW

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Modeling of particulate matter parameters for passenger cars under real traffic conditions

Analysis of exhaust emission from heavy duty vehicles in real traffic conditions

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Transport Studia I stopnia. Ekologiczne aspekty transportu Rodzaj przedmiotu: Język polski.

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Wyniki pomiarów jakości powietrza prowadzonych metodą pasywną w Kolonowskiem w 2014 roku

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Elektrofiltry dla małych kotłów na paliwa stałe. A. Krupa A. Jaworek, A. Sobczyk, A. Marchewicz, D. Kardaś

Przy prawidłowej pracy silnika zapłon mieszaniny paliwowo-powietrznej następuje od iskry pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

OCENA JAKOŚCI POWIETRZA W WOJEWÓDZTWIE PODKARPACKIM ZA ROK 2014

Prezentacja przygotowana w ramach realizowanego przez Ośrodek Działań Ekologicznych Źródła projektu Oczyść atmosferę dofinansowanego przez Wojewódzki

Powietrze w powiecie kutnowskim

Możliwości modyfikacji taboru spalinowego w celu zmniejszenia jego oddziaływania na środowisko naturalne

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Emisja spalin z silników lotniczych

Jakość powietrza na obszarze podkarpackich uzdrowisk w 2016 roku w zakresie SO 2, NO 2, PM10, PM2,5, b(a)p i ozonu SPIS TREŚCI WPROWADZENIE...

łączenie budynków w do miejskiej sieci ciepłowniczej

Periodic tests of exhaust emissions from passenger cars with spark ignition engine

Biogas buses of Scania

Niska emisja sprawa wysokiej wagi

Spalanie Emisja toksycznych zanieczyszczeń oraz metody jej ograniczania w nowoczesnych komorach spalania silników lotniczych

Analysis of PM emission and fuel consumption in transient conditions in a two-stroke engine with a modified piston

KAMPANIA EDUKACYJNA. w zakresie ochrony powietrza przed zanieczyszczeniem. Rzeszów, 9 września 2012r. Marszałek Województwa Podkarpackiego

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

Poziom emisji substancji szkodliwych spalin dla wybranego obszaru w Polsce na tle Unii Europejskiej

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

BADANIA ODSIARCZANIA SPALIN NA STANOWISKU PILOTAŻOWYM Z CYRKULACYJNĄ WARSTWĄ FLUIDALNĄ CFB 0,1MWt ORAZ STANOWISKU DO BADANIA REAKTYWNOŚCI SORBENTÓW

Wyliczanie efektu ekologicznego uzyskanego w wyniku zastosowania oleju Ecotruck w silnikach wysokoprężnych.

Świadomi dla czystego powietrza

RECENZJA ROZPRAWY DOKTORSKIEJ mgr. inż. GRZEGORZA ŚLUSARZA

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Hałas statków powietrznych 2. Emisje z silników statków powietrznych. Ochrona środowiska

REDUXCO. Katalizator spalania. Leszek Borkowski DAGAS sp z.o.o. D/LB/6/13 GreenEvo

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Analysis of exhaust emissions in the NTE test of heavy-duty vehicle under real operating conditions

Ocena wpływu rozwoju elektromobilności na stan jakości powietrza

Pomiary jakości powietrza w Mielcu

Engine testing during cold start and warming up phase with use of heat storage

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (Pobieranie próbek) Metoda badawcza

INDEKSOWANIE JAKOŚCI POWIETRZA

Monitoring jakości powietrza. Włodarczyk Natalia

Pył jest zanieczyszczeniem powietrza składającym się z mieszaniny cząstek stałych i ciekłych, zawieszonych w powietrzu, będących mieszaniną

Warszawa, dnia 18 września 2012 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 24 sierpnia 2012 r.

Jednostkowe stawki opłaty za gazy lub pyły wprowadzane do powietrza z procesów spalania paliw w silnikach spalinowych 1)

Study of the emissions effects of hydrogen to the intake manifold on the stationary combustion engine with direct injection

Czym oddychamy? Adam Ludwikowski Mazowiecki Wojewódzki Inspektor Ochrony Środowiska

Transkrypt:

Article citation info: PIELECHA J. et al. The study of particulate emissions from small aircraft equipped in jet engine. Combustion Engines. 2015, 162(3), 376-382. ISSN 2300-9896. Jacek PIELECHA Jerzy MERKISZ Jarosław MARKOWSKI Remigiusz JASIŃSKI PTNSS 2015 3355 The study of particulate emissions from small aircraft equipped in jet engine The article presents an analysis of the size distribution of particulate matters emitted from jet engine. Measurements were carried out in stationary conditions simulating real operating conditions of the jet engine. The study was performed for the three initial phases of engine operation: start-up, warm-up and steady-state operation. The obtained results allowed to determine the particulate matters size distribution of the most common particulates emitted under given conditions also the changes of characteristic diameters of particulate matters have been correlated with exhaust emission. As a result, the particulate matters size distributions were obtained on the basis of which it was found that diameters of particulates in the initial phase of engine operation are characterized by high variability. The the first period of engine operation is dominated by particles with diameters of 20 30 nm and bigger diameters (around 100 140 nm), and in next periods of engine operation particles are characterized by diameters in size range of 30 40 nm. Key words: jet engine, particulate matters, exhaust emission Badanie emisji cząstek stałych z silników odrzutowych małych samolotów W artykule przedstawiono analizę rozkładu wymiarowego średnic cząstek stałych, emitowanych z turbinowego silnika lotniczego. Pomiary przeprowadzono w warunkach stacjonarnych symulując rzeczywiste warunki pracy silnika odrzutowego. Badania wykonano dla trzech początkowych faz pracy silnika: rozruchu, nagrzewania oraz pracy ustalonej. Otrzymane wyniki pozwoliły na wyznaczenie średnic cząstek stałych najczęściej występujących w danych warunkach, a jednocześnie skorelowano zmiany średnic cząstek stałych ze stężeniem gazowych związków szkodliwych spalin. W rezultacie otrzymano charakterystyki, na podstawie których stwierdzono, że rozkład wymiarowy średnic cząstek stałych w początkowej fazie pracy silnika charakteryzuje się dużą zmiennością. W pierwszym okresie pracy silnika dominują cząstki stałe o średnicach 20 30 nm oraz średnicach dużych (rzędu 100 140 nm), a w kolejnych okresach pracy ustabilizowanej dominują cząstki o średnicach z zakresu 30 40 nm. Słowa kluczowe: silnik odrzutowy, cząstki stałe, związki szkodliwe spalin 1. Wprowadzenie Rewolucja techniczna zauważalna od kilku dziesięcioleci wiąże się z niezwykle szybki rozwojem przemysłu i wzrostem produkcji. Jednym z głównych i najważniejszych działów gospodarczych jest transport, który odgrywa kluczową rolę w łańcuchu produkcyjnym, jak i dystrybucyjnym. Ma on zarazem największy wpływ na człowieka i środowisko naturalne. Wykorzystywane środki transportu w głównej mierze napędzane są silnikami spalinowymi, do pracy których niezbędne są paliwa kopalne, coraz częściej zastępowane paliwami alternatywnymi. Spalaniu paliw towarzyszy emisja związków szkodliwych, a ograniczenie ich emisji stało się głównym celem projektantów silników spalinowych. W skali Unii Europejskiej transport jest źródłem niemal 54% całkowitej emisji tlenków azotu, 45% tlenku węgla, 25% cząstek stałych oraz 23% dwutlenku węgla. Transport lotniczy odpowiada za 0,5% całkowitej emisji NO x oraz 3,4% CO 2 w UE (12,2% emisji w sektorze transportu), co stanowi niemal 2-krotny wzrost w porównaniu z rokiem 1990 [1]. Międzynarodowe umowy oraz coraz bardziej rygorystyczne normy dotyczące szkodliwych związków spalin, świadczą o dużym skoncentrowaniu działań na rzecz ochrony środowiska. Systematycznie zaostrzane przepisy przyczyniają się do utrzymywania wysokich cen paliwa lotniczego oraz wymuszają potrzebę prowadzenia prac naukowo- -badawczych, efektem których są nowe konstrukcje silników lotniczych i nowoczesne materiały stosowane do ich konstrukcji. Pozwala to zwiększyć wydajność silników i znacząco zmniejszyć zużycie paliwa, a tym samym ograniczyć emisję dwutlenku węgla [15]. Do podstawowych przepisów międzynarodowych regulujących kwestie emisji szkodliwych związków spalin z silników lotniczych należy II tom Emisje z silników lotniczych Załącznika 16 Ochrona środowiska do Konwencji o międzynarodowym lotnictwie cywilnym ICAO [10]. Dotyczy on metodyki pomiaru poszczególnych składników 376

spalin oraz podaje ich wartości dopuszczalne dla turbinowych silników odrzutowych o ciągu ponad 26,7 kn. Osobne przepisy dotyczą określania cząstek stałych PM (particulate matter). Dyrektywa unijna 1999/30/EC [3] w sprawie wartości dopuszczalnych dwutlenku siarki i tlenków azotu, zanieczyszczeń pyłowych i ołowiu w powietrzu, określała dzienne i roczne limity stężenia w powietrzu pyłu PM10 (cząstki o średnicach do 10 µm). Rozszerzenie o zapisy dotyczące cząstek PM2,5 (cząstki o średnicach do 2,5 µm) stanowi dyrektywa 2008/50/WE [2] Parlamentu Europejskiego i Rady z 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy. Głównym powodem aktywności proekologicznej jest fakt, że emitowane z silników spalinowych gazowe związki szkodliwe oraz cząstki stałe zanieczyszczające atmosferę wpływają negatywnie na zdrowie człowieka i stan środowiska naturalnego [8, 9]. Zwiększenie stężenia toksycznych składników spalin prowadzi do chorób oraz zmian mutagennych. Zagrożenie zdrowia ludności z powodu spalin silnikowych jest duże, ponieważ szkodliwe składniki emitowane są do atmosfery na obszarach zamieszkałych, gdzie warunki wymiany powietrza są ograniczone zabudową terenów. Cząstki stałe o średnicy 10 µm lub mniejsze mogą być przyczyną różnych chorób, przede wszystkim serca i płuc, i związanych z tym zgonów. Nasilanie się chorób jest łączone z długoterminowym oddziaływaniem cząstek stałych znajdujących się w otoczeniu. Mogą się one przyczynić do wystąpienia takich chorób, jak astma i zapalenie oskrzeli. Są też jedną z przyczyn arytmii serca i ataków serca [7]. Cząstki stałe o średnicach do 2,5 µm są zbyt małe by mogły być zatrzymane w naturalnym procesie filtracji oddechowej. Według raportów WHO (World Health Organization) cząstki o najmniejszych średnicach bezpośrednio przenikają z układu oddechowego do krwi, znacząco wpływając na stan zdrowia człowieka [4, 5, 14]. Szacuje się, że z powodu cząstek stałych średnia długość życia przeciętnego Europejczyka zmalała o 8 miesięcy. Najmniejszą odporność na negatywne oddziaływanie cząstek stałych wykazują ludzie z chorobami serca i płuc, osoby starsze oraz dzieci. Obecność toksycznych składników w spalinach silników wynika z czynników konstrukcyjnych, regulacyjnych, rodzaju stosowanych paliw, olejów; jest także związana z warunkami pracy i stanem technicznym eksploatowanych silników [6]. Mimo, iż statki powietrzne nie są głównym źródłem emitowanych cząstek stałych, to kontrola ich emisji jest niezbędna w celu oceny ich rozprzestrzeniania oraz tworzenia środków ograniczających ich powstawanie [11]. 2. Cel i metodyka badań 2.1. Obiekt badań Celem przeprowadzonych badań było wyznaczenie rozkładów wymiarowych cząstek stałych oraz pomiar stężenia gazowych składników spalin emitowanych przez silnik odrzutowy w trzech fazach jego pracy: rozruchu, nagrzewania i pracy ustalonej. Zmierzone wartości stężenia dwutlenku węgla, tlenku węgla, tlenków azotu oraz węglowodorów skorelowano z rozkładami średnicowymi cząstek stałych w poszczególnych fazach pracy silnika. Pomiary przeprowadzono w warunkach stacjonarnych. Obiektem badań był samolot szkolno-bojowy, pierwszy odrzutowiec polskiej konstrukcji PZL TS- 11 Iskra (rys. 1), wyposażony w silnik turbinowy SO-3. Podstawowe dane techniczne silnika przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Dane techniczne silnika SO-3 [13] Typ sprężarki Osiowa, 7-stopniowa Rodzaj turbiny Reakcyjna, osiowa, jednostopniowa Typ komory spalania Pierścieniowa z odparowaniem paliwa Masa silnika [kg] 347 Ciąg maksymalny [kg] 1100 Zużycie paliwa [kg/h] 1066 Wymiary [mm] 2112/760/799 Rys. 1. Widok samolotu PZL TS-11 Iskra 2.2. Aparatura badawcza Do pomiaru wartości średnic cząstek stałych wykorzystano spektrometr masowy firmy TSI Incorporated EEPS 3090 (Engine Exhaust Particle Sizer Spectrometer) [12]. Umożliwił on pomiar dyskretnego zakresu średnic cząstek (od 5,6 nm do 560 nm) na podstawie ich zróżnicowanej prędkości. Zakres elektrycznej ruchliwości cząstek stałych jest zmieniany wykładniczo, a pomiar ich wielkości odbywa się z częstotliwością 10 Hz. Spektrometr oraz zasadę jego działania przedstawiono na rysunku 2. 377

a) b) Rys. 2. Widok spektrometru masowego EEPS 3090 (a) oraz jego schemat działania (b) [12] Do przeprowadzenia badań emisji gazowych związków szkodliwych spalin wykorzystano analizator spalin Semtech DS firmy Sensors Inc. Analizator spalin wykorzystany w czasie realizacji badań umożliwiał pomiar wartości stężenia tlenku węgla, dwutlenku węgla, węglowodorów oraz tlenków azotu. Gazy spalinowe wprowadzane były do analizatora za pomocą przewodu, którego temperatura wynosiła 191 C, wymagana do pomiaru stężenia węglowodorów w analizatorze płomieniowo- -jonizacyjnym. W kolejnym etapie po schładzaniu spalin do temperatury 4 C wykonywano pomiar stężenia tlenków azotu, tlenku węgla oraz dwutlenku węgla. Sonda pomiarowa została doprowadzona do gazów wylotowych za pomocą stalowego wysięgnika (rys. 3). na rysunku 5 przedstawiono rozkład wymiarowy cząstek stałych dla opisywanej fazy. Wartości stężenia tlenku węgla oraz tlenków azotu w trakcie rozruchu silnika wykazują się dużą zmiennością, szczególnie w pierwszej części opisywanej fazy pracy silnika. Przebieg ich charakterystyk jest niestabilny, jednak wartości ich stężenia wraz z upływem czasu zmniejszają się. Największe wartości stężenia tlenku węgla i tlenków azotu występują w pierwszych pięciu sekundach pracy silnika i wynoszą odpowiednio 3250 ppm w przypadku tlenku węgla oraz 16 ppm dla tlenków azotu. Po upływie 15 sekund wartości rejestrowanych charakterystyk stężenia zanieczyszczeń zmniejszają się. W przypadku stężenia węglowodorów i dwutlenku węgla stwierdzono stabilny spadek wartości omawianych związków szkodliwych. W pierwszej części fazy rozruchu występują maksymalne stężenia dwutlenku węgla i węglowodorów, które wynoszą odpowiednio 5% i 2000 ppm. W drugiej połowie omawianej fazy pracy silnika, stężenie dwutlenku węgla osiągnęło wartość 2% i do końca jej trwania utrzymywało tę wartość. W przypadku węglowodorów do końca trwania fazy rozruchu stwierdzono spadek wartości ich stężenia, które przyjmuje minimalną wartość na poziomie około 1000 ppm, co stanowi spadek o 50% w odniesieniu do początkowego etapu opisywanej fazy pracy (około 2000 ppm). Rys. 3. Sondy pomiarowe spektrometru EEPS 3090 oraz analizatora spalin Semtech DS Rys. 4. Stężenie gazowych związków spalin z silnika odrzutowego w czasie trwania fazy rozruchu 3. Wyniki pomiarów i ich analiza 3.1. Faza rozruchu silnika Wykorzystując aparaturę pomiarową wyznaczono rozkłady średnicowe cząstek stałych oraz stężenia gazowych związków szkodliwych spalin. Pomiary podzielono na trzy zasadnicze fazy pracy silnika odrzutowego: rozruch, nagrzewanie i pracę ustaloną. Na podstawie analizy uzyskanych wyników przyjęto, że faza rozruchu trwała 30 sekund. Na rysunku 4 przedstawiono charakterystyki stężenia gazowych związków szkodliwych spalin, natomiast Rys. 5. Rozkład wymiarowy cząstek stałych emitowanych z silnika odrzutowego w czasie trwania fazy rozruchu 378

Rozkład wymiarowy cząstek stałych emitowanych przez silnik turbinowy w fazie rozruchu wskazuje na emisję cząstek stałych o średnicach dużych (z zakresu 100 160 nm), powstałych według mechanizmu akumulacyjnego [8]. Średnica charakterystyczna otrzymanego rozkładu cząstek stałych wynosi 110 nm. Nie stwierdzono występowania cząstek o średnicach mniejszych niż 20 nm, natomiast cząstki stałe o wymiarach do 40 nm mają śladowy udział w całkowitej emitowanej liczbie cząstek stałych. W pierwszym etapie (0 50 s) stwierdzono zmniejszenie wartości stężenia węglowodorów, tlenków azotu oraz tlenku węgla, natomiast stężenie dwutlenku węgla pozostało na stałym poziomie równym 2%. Charakterystyki stężenia tlenków azotu oraz tlenku węgla charakteryzują się dużymi amplitudami, zachowując jednak w całym przedziale czasowym etapu pierwszego, trend zmniejszania wartości. Stężenie tlenku węgla i tlenków azotu uzyskały odpowiednio wartości 1000 ppm i 9 ppm. Rozkład wymiarowy odpowiadający pierwszemu etapowi przedstawiono na rys. 7. Wyróżnić można dwie średnice dominujące w opisywanym rozkładzie: 20 nm oraz 80 nm. W przeciwieństwie do rozkładu wymiarowego cząstek stałych otrzymanego dla fazy rozruchu, dominują cząstki o małych (z zakresu 10 30 nm) i średnich średnicach (z zakresu wymiarowego 60 100 nm). Etap drugi rozpoczynający się po 50. sekundzie, był etapem przejściowym. Stężenie wszystkich omawianych gazowych związków spalin pozostały na stałym poziomie, oprócz tlenków azotu, których stężenie nieznacznie zwiększyło się. Stężenia omawianych składników spalin na końcu etapu drugiego fazy nagrzewania przyjęły wartości: 10 ppm tlenki azotu, 1000 ppm tlenek węgla, 500 ppm węglowodory oraz 2% dwutlenek węgla. 3.2. Faza nagrzewania się silnika Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów przyjęto, że czas trwania fazy nagrzewania wyniósł 150 sekund. Analizując przebiegi charakterystyk stężenia gazowych związków spalin (rys. 6) stwierdzono, że fazę nagrzewania można podzielić na trzy etapy, dla każdego z nich wyznaczono rozkłady średnicowe cząstek stałych. Rys. 7. Rozkład wymiarowy cząstek stałych emitowanych przez silnik odrzutowy w czasie trwania fazy nagrzewania w przedziale czasowym 0 50 s Rozkład wymiarowy cząstek stałych odpowiadający etapowi drugiemu fazy nagrzewania silnika (rys. 8) wskazuje na zmniejszenie liczby cząstek stałych o średnicach powyżej 60 nm. Stwierdzono zwiększenie liczby cząstek stałych o średnicach z zakresu wymiarowego 10 30 nm. Rys. 6. Stężenie gazowych związków spalin z silnika odrzutowego w czasie trwania fazy nagrzewania Rys. 8. Rozkład wymiarowy cząstek stałych emitowanych przez silnik odrzutowy w czasie trwania fazy nagrzewania w przedziale czasowym 50 100 s Okres między 100. a 150. sekundą to etap trzeci, charakteryzujący się znacznymi zmianami stężenia wszystkich gazowych związków spalin, oprócz dwutlenku węgla, którego stężenie utrzymało się na stałym poziomie równym 2%. Stężenia węglowodorów i tlenku węgla zmniejszyły swoje wartości, odpowiednio do 250 ppm i 500 ppm, co stanowi w przypadku obu tych związków zmniejszenie stężenia o około 50%. W przeciwieństwie do stężenia węglowodorów i tlenku węgla, stężenie tlenków azotu zwiększyło swoją wartość do poziomu 17 ppm, co stanowi wzrost wartości stężenia o 70%. Rozkład wymiarowy cząstek stałych emitowanych przez silnik odrzutowy w czasie trzeciego etapu fazy nagrzewania przedstawiono na rys. 9. Dominują cząstki stałe o średnicach rzędu 15 30 379

nm. Stwierdzono znaczne zmniejszenie liczby cząstek stałych o średnicach z zakresu wymiarów 60 150 nm w porównaniu z poprzednimi etapami omawianej fazy pracy silnika. dominują cząstki o średnicach z zakresu wymiarowego 20 40 nm. Za średnicę charakterystyczną omawianego rozkładu przyjęto 34 nm. Nie stwierdzono występowania cząstek o średnicach większych niż 150 nm. Oznacza to, że tendencja zaniku cząstek o dużych średnicach zapoczątkowana w czasie trwania fazy nagrzewania silnika utrzymała się, doprowadzając do ich całkowitego zaniku. Rys. 9. Rozkład wymiarowe cząstek stałych emitowanych przez silnik odrzutowy w czasie trwania fazy nagrzewania w przedziale czasowym 100 150 s 3.3. Faza pracy ustalonej Jako początek fazy pracy ustalonej przyjęto koniec fazy nagrzewania. Omawiana faza pracy silnika trwała aż do chwili zmiany parametrów jego pracy. Charakterystyki stężenia gazowych związków spalin przedstawiono dla fazy pracy ustalonej trwającej 40 sekund (rys. 10). Rys. 11. Rozkład wymiarowy cząstek stałych emitowanych przez silnik odrzutowy w czasie trwania fazy pracy ustalonej 4. Podsumowanie i wnioski Wykonane pomiary pozwoliły na przeprowadzenie analizy trzech faz pracy silnika odrzutowego (fazy: rozruchu, nagrzewania i pracy ustalonej) pod kątem emisji szkodliwych związków spalin. Na podstawie przebiegu charakterystyk stężeń gazowych związków spalin określono przedziały czasowe poszczególnych faz pracy silnika. W czasie trwania fazy nagrzewania stwierdzono spadek wartości stężeń dwutlenku węgla, węglowodorów i tlenku węgla. Największy spadek średniego stężenia w fazie nagrzewania względem fazy rozruchu (rys. 12) odnotowano dla węglowodorów, który wyniósł 78%. Wzrost średniej wartości stężenia odnotowano dla tlenków azotu, który wyniósł Rys. 10. Stężenie gazowych związków spalin z silnika odrzutowego w czasie trwania fazy pracy ustalonej Wartości stężenia tlenków azotu w trakcie fazy pracy ustalonej utrzymywały się na stałym poziomie równym 18 ppm. Stałe stężenie tlenków azotu świadczy o stabilizacji temperatury pracy silnika, a więc i procesu spalania mieszanki paliwowo- -powietrznej. Podobny charakter uzyskała krzywa stężenia tlenku węgla. Stała wartość stężenia tlenku węgla utrzymywała się na poziomie 375 ppm. W przypadku wartości stężenia węglowodorów, stwierdzono 25% spadek do poziomu 175 ppm. Stężenie dwutlenku węgla utrzymało wartość z fazy nagrzewania, równą 2%. Na rozkładzie wymiarowym cząstek stałych dla fazy pracy ustalonej silnika odrzutowego (rys. 11) Rys. 12. Zmiana stężenia związków szkodliwych spalin w fazie nagrzewania względem fazy rozruchu 15%. Stwierdzono, że dwutlenek węgla jest gazowym związkiem spalin, którego stężenie stabilizuję się najszybciej, jego wartość nie zmieniała się 380

znacznie od połowy fazy rozruchu. Przez cały zakres prowadzonych obserwacji stwierdzono przyrost wartości stężenia tlenków azotu, świadczący o ciągłym wzroście temperatury spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Analizując średnie wartości stężeń gazowych związków spalin w fazie pracy ustalonej względem fazy rozruchu (rys. 13) stwierdzono zmniejszenie wartości stężenia węglowodorów o 91%. Ponadto obniżeniu uległy wartości stężenia dwutlenku węgla (o 33%) i tlenku węgla (o 81%). Stwierdzono, że średnia wartość stężenia tlenków azotu w fazie pracy ustalonej była większa o 48% od średniego stężenia w fazie rozruchu. sadzy z zaadsorbowanymi substancjami SOF (soluble organic fraction), powstałe według mechanizmu akumulacyjnego. Rys. 14. Wartości średnic charakterystycznych cząstek stałych w całym zakresie czasowym przeprowadzonych badań Rys. 13. Zmiana stężenia związków szkodliwych spalin w fazie pracy ustalonej względem fazy rozruchu Analizie poddano również emisję cząstek stałych z silnika odrzutowego w poszczególnych fazach jego pracy (rys. 14). Stwierdzono, że w trakcie fazy rozruchu emitowane są cząstki stałe o średnicach rzędu 100 nm, które stanowią aglomeraty Skróty i oznaczenia ICAO International Civil Aviation Organization/Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego PM particulate matters/cząstki stałe Literatura [1] Badyda A.: Zagrożenia środowiska ze strony transportu. Nauka 4, 2010, 115 125. [2] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L 152, 11.6.2008. [3] Dyrektywa Rady 1999/30/WE z dnia 22 kwietnia 1999 r. odnosząca się do wartości dopuszczalnych dla dwutlenku siarki, dwutlenku azotu i tlenków azotu oraz pyłu i ołowiu w otaczającym powietrzu. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L 163, 29.6.1999. W trakcie fazie nagrzewania wyróżnić można dwie średnice charakterystyczne, których obecność wynika z występowania dwóch mechanizmów tworzenia się cząstek stałych. Oprócz cząstek będących efektem mechanizmu akumulacyjnego, powstają cząstki w postaci fazy nukleacyjnej o średnicach około 30 nm, złożone z substancji wchodzących w skład lotnych frakcji SOF, niewielkiej ilości węgla i związków metali. Stabilizacja pracy silnika, powoduje zwiększenie liczby cząstek o średnicach charakterystycznych około 30 nm, które dominują w czasie dalszej pracy silnika. SOF soluble organic fraction/ organiczna frakcja rozpuszczalna UE European Union/Unia Europejska WHO World Health Organization/Światowa Organizacja Zdrowia [4] Health relevance of particulate matter from various sources. Report of a WHO Workshop. Copenhagen, WHO Regional Office for Europe, 2007. [5] Henschel S. i in.: Air pollution interventions and their impact on public health. International Journal of Public Health, 2012, 57(5), 757 768. [6] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J.: Selected issues in exhaust emissions from aviation engines. Nova Science Publishers, New York 2014. [7] Merkisz J., Pielecha J.: Emisja cząstek stałych ze źródeł motoryzacyjnych. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2014. 381

[8] Merkisz J., Pielecha J.: Nanoparticle Emissions from Combustion Engines. Springer Tracts on Transportation and Traffic, Vol. 8, 2015. [9] Merkisz J., Pielecha J., Radzimirski S.: New Trends in Emission Control in the European Union. Springer Tracts on Transportation and Traffic, Vol. 4, 2014. [10] Międzynarodowe normy i zalecane metody postępowania. Załącznik 16 do Konwencji o międzynarodowym lotnictwie cywilnym. Ochrona środowiska. Tom II Emisje z silników statków powietrznych. ICAO 1981, 1993, 2008. [11] Kotlarz W., Piaseczny L., Rypulak A., Zadrąg R.: Testy toksyczności spalin turbinowego silnika lotniczego dla warunków startu i lądowania. Silniki spalinowe, 4 (127), 2006, 61 73. [12] Particle Instruments: Model 3090 Engine Exhaust Particle SizerTM Spectrometer. TSI Incorporated, 2009. [13] Ruchała P.: Silniki odrzutowe SO-1 i SO-3. Polska Technika Lotnicza, 1 (66), 2001. [14] Stanek L.W. i in.: Attributing health effects to apportioned components and sources of particulate matter: an evaluation of collective results. Atmospheric Environment, 2011, 45, 5655 5663. [15] Szuman B., Lipka P., Reklewski T.: Emisja spalin z silników lotniczych. Opracowanie Urzędu Lotnictwa Cywilnego, Departament Techniki Lotniczej Wydział Ochrony Środowiska, 2013. Publikacja powstała w ramach realizacji projektu "Inżynier Przyszłości. Wzmocnienie potencjału dydaktycznego Politechniki Poznańskiej.", nr POKL.04.03.00-00-259/12, współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Jacek Pielecha, DSc., DEng. Professor in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Dr hab. inż. Jacek Pielecha, prof. PP profesor na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Jarosław Markowski, DSc., DEng doctor in the Faculty of Working Machines and Transportation at Poznan University of Technology. Dr hab. inż. Jarosław Markowski adiunkt na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej Jerzy Merkisz, DSc., DEng. Professor in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Prof. dr hab. inż. Jerzy Merkisz profesor na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Remigiusz Jasiński, MSc, Eng. PhD student in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Mgr inż. Remigiusz Jasiński doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. 382