مستحلبات بالموجات فوق الصوتية لاحتراق الماء في الديزل
يمكن تشغيل مولدات الطاقة ومحركات السفن ومحركات السكك الحديدية ، التي تعمل بالديزل ، بشكل أكثر كفاءة عند استخدام مستحلبات الماء في الديزل. يقلل وقود مستحلب الماء والديزل من استهلاك الوقود ، ويخفض درجة حرارة الاحتراق ، ويحرق الأنظف ويقلل من الانبعاثات ، مثل أكاسيد النيتروجين والسخام. الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية هو وسيلة موثوقة وبسيطة وفعالة لإنتاج وقود الماء في الديزل عالي الجودة.
استحلاب بالموجات فوق الصوتية من الماء في الديزل
مستحلبات الماء في الديزل (WiDE; W / D مستحلب الوقود) هي بديل وقود الديزل المعدل ، والذي يحتوي على ما يصل إلى 15 ٪ من الماء. يعرف أيضا باسم الوقود المائي ، في مستحلبات الماء والديزل ، يتم استحلاب قطرات الماء بالموجات فوق الصوتية في مرحلة الديزل المستمر. صوتنة مكثفة من السوائل يولد التجويف السمعي. تعمل قوى القص التجويفية على تعطيل القطرة وتنتج مستحلبا متجانسا لمرحلتي الماء والديزل غير القابلة للامتزاج.
مستحلب الماء في الديزل
يعرف WiDE (مستحلب W / D) بأنه مزيج من السوائل غير القابلة للامتزاج بشكل طبيعي لقطرات الماء (المرحلة المشتتة / الداخلية) في الديزل (المرحلة المستمرة / الخارجية). يضاف عامل استحلاب بتركيزات منخفضة من أجل تحسين استقرار المستحلبات وخفض متطلبات طاقة الخلط.
مستحلب على مرحلتين
يصف المستحلب ثنائي الطور خليط الماء في الديزل دون استخدام أي خافض للتوتر السطحي. بالنسبة ل WiDE على مرحلتين ، يتم استحلاب تيارات تغذية الماء والديزل بالموجات فوق الصوتية مباشرة أمام المحرك. ينتقل مستحلب الماء في الديزل بالموجات فوق الصوتية على مرحلتين مباشرة من مفاعل خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية إلى محرك الاحتراق. بدون الفاعل بالسطح ، لا يتم تصنيع المستحلب للتخزين ، ولكن للاحتراق المباشر.
دراسة حالة وقود مستحلب الماء والديزل
الإعداد
درس Ithnin et al. (2018) تأثير وقود مستحلب الماء في الديزل (WiDE) على محرك ديزل بالحقن المباشر أحادي الأسطوانة. تم تخزين الماء والديزل في وحدات مختلفة ، والتي تم نقلها كميا إلى نظام الخلط. يتكون نظام الخلط من مزيج من خلاط القص العالي والخالط بالموجات فوق الصوتية. قدم خلاط القص مزيجا مسبقا من الماء والديزل ، بينما تم استخدام الصوتنة لمستحلب موحد الحجم ودقيق. تم تحضير مستحلب الماء والديزل بنسبة 5٪ ماء. تم نقل وقود WiDE المتجانس مباشرة من نظام الخلط إلى المحرك. لم يكن وقود WiDE المحضر يحتوي على أي مواد خافضة للتوتر السطحي ، وبالتالي يطلق عليه وقود مستحلب غير مستقر طويل الأجل (UW / D). تم اختبار محرك الديزل في ظل أربعة ظروف تحميل مختلفة (1 كيلو واط (25٪) ، 2 كيلو واط (50٪) ، 3 كيلو واط (74٪) ، 4 كيلو واط (100٪)) وبسرعة ثابتة تبلغ 3000 دورة في الدقيقة. من أجل مقارنة التأثيرات مثل أداء الوقود والانبعاثات ، تم أيضا اختبار وقود مستحلب مستقر بخافض للتوتر السطحي (مستحلب مستقر (SW / D)) ووقود ديزل أنيق (D2) على نفس المحرك. يتم استخدام 5 ٪ من الماء لكل من المستحلب غير المستقر والمستحلب المستقر.
النتائج
يظهر اختبار المحرك أن وقود مستحلب الماء والديزل بدون خافض للتوتر السطحي (UW / D) يؤدي إلى تحسن كبير في المحرك مع زيادة بنسبة 3.59٪ في الكفاءة الحرارية للفرامل (BTE) وانخفاض بنسبة 3.89٪ في استهلاك الوقود الخاص بالفرامل (BSFC) مقارنة بوقود الديزل الأنيق. زاد وقود المستحلب ، المستقر (SW / D) وغير المستقر (UW / D) ، من الكفاءة الحرارية للمحرك بسبب ظاهرة الانفجار الصغير. تتسبب ظاهرة الانفجار الجزئي في التبخر السريع لقطرات الماء المستحلبة. نظرا لأن قطرات الماء الدقيقة محاطة بالزيت ، فإن عملية التبخر المكثفة تعطل القطرات بعنف إلى جزيئات دقيقة جدا ، مما يعزز خلط الهواء والوقود. يؤدي تعطيل القطيرات والاختلاط بالهواء إلى زيادة كفاءة الاحتراق بشكل كبير.
أظهرت النتائج أن مفهوم إنتاج ونقل وقود مستحلب الماء والديزل في الوقت الفعلي إلى المحرك دون استخدام الفاعل بالسطح يعمل بشكل جيد للغاية. إن النقل الفوري لخليط الماء والديزل المحضر بالموجات فوق الصوتية يزيل مشكلة التثبيت لوقود المستحلب المخزن وكذلك الاعتماد على الفاعل بالسطح. حافظ وقود مستحلب الماء والديزل غير المستقر (UW / D) بشكل موثوق على شكل مستحلب دون الوصول إلى مرحلة الترسيب في غضون 25 ثانية (انظر الصورة أدناه).
سلوك القطيرات لوقود مستحلب أتر في الديزل المستحلب بالموجات فوق الصوتية بمرور الوقت أ) 10 ثوان ، ب) 25 ثانية ، ج) 50 ثانية و د) 132 ثانية (التكبير 1000×) – إيثنين وآخرون 2018
عند مقارنته بوقود الديزل الأنيق ، فإن وقود مستحلب الماء في الديزل لديه انخفاض كبير في انبعاث عادم أكاسيد النيتروجين (NOx) والجسيمات (PM) بمتوسط انخفاض 31.66٪ و 16.33٪ على التوالي.
بشكل عام ، المستحلبات المعدة بالموجات فوق الصوتية – سواء كان غير مستقر أو مستقر بواسطة الفاعل بالسطح – تساعد على توفير وقود الديزل وتقليل انبعاثات العادم.
انبعاث العادم الأخضر وتوفير الوقود مع الموجات فوق الصوتية!
الانحلال الأولي والثانوي في لهب الرش للوقود المستحلب.
3x UIP1000hdT نظام مستحلب بالموجات فوق الصوتية لمستحلبات الماء في الديزل
من أجل:
- قاطرات السكك الحديدية
- السفن البحرية
- مولدات الطاقة الثابتة
مستحلب الطور الثلاثي
يتكون مستحلب الطور الثلاثي ، المعروف أيضا باسم المستحلب ثلاثي الطور ، من الماء والزيت والفاعل بالسطح. أثناء الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية للمياه في مرحلة الديزل يضاف الفاعل بالسطح. يطيل عامل الاستحلاب استقرار المستحلب ويسمح بتخزين الماء في وقود الديزل. يعتمد استقرار مستحلب W / D على المستحلب ومعلمات العملية بالموجات فوق الصوتية ودرجة الحرارة. مع المزيج الصحيح من معلمات الفاعل بالسطح والصوتنة ، يمكن تحقيق استقرار كبير على المدى الطويل ل WiDE.
تركيب وتركيب نظام الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية بسيط وآمن وغير مكلف. يمكن استخدام وقود مستحلب W / D مع أي محركات ديزل تقليدية (مثل مولدات الطاقة ومحركات السكك الحديدية ومحركات السفن) دون تعديل.
- مستحلب دقيق الحجم
- محتوى مائي متغير
- مع أو بدون الفاعل بالسطح
- وقت معالجة قصير
- سهل التركيب
- آمنة للعمل
- استثمار منخفض ، عائد استثمار سريع
- صيانة منخفضة
- سهولة التعديل التحديثي
- لا تعديلات على المحرك
ما الذي يجعل وقود WiDE أكثر كفاءة؟ – ظاهرة الانفجار الصغير
يتكون وقود مستحلب الماء في الديزل من جزيئات الماء المعلقة في مرحلة الديزل المستمرة. عند الاحتراق ، تصل قطرات الماء ذات الحجم الدقيق في وقود المستحلب إلى مرحلتها شديدة السخونة بشكل أسرع من الديزل وتخلق تفككا لتمدد البخار (انفجار تلقائي) أثناء الاحتراق ، مما يخلق جزيئات دقيقة جدا. نظرا لزيادة مساحة سطح الجسيمات الدقيقة جنبا إلى جنب مع هواء السحب ، يتم تحسين خلط الهواء والوقود بشكل كبير وبالتالي زيادة كفاءة الاحتراق. (إيفانوف ، نيفيدوف 1965)
أنظمة الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء
Hielscher الفوق صوتيات توفر معالجات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء للإنتاج المستمر للمستحلبات عالية الجودة (نانو). متفوقة أداء بالموجات فوق الصوتية, متانة, وبصمة صغيرة تجعل Hielscher Ultrasonicators نظام خلط مثالي لوقود مستحلب الماء في الديزل. إذا كنت ترغب في إنتاج وقود مستحلب للحقن المباشر في محرك الاحتراق أو وقود مستحلب مستقر للتخزين والاحتراق في وقت لاحق، Hielscher Ultrasonics لديه الإعداد الأنسب للتطبيق الخاص بك. من أنظمة مستحلب الموجات فوق الصوتية الأصغر للتكامل في قاطرات السكك الحديدية والسفن البحرية الداخلية حتى توليد كميات كبيرة من الوقود المائي لمحطات الطاقة والسفن البحرية الضخمة – تسمح مجموعاتنا من المعالجات بالموجات فوق الصوتية بمعالجة وقود المستحلب لأي حجم.
إلى جانب الإخراج بالموجات فوق الصوتية العالية والموثوقية والمتانة، Hielscher الفوق صوتيات’ يمكن التحكم بدقة في المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية ومراقبتها. تنقل مستشعرات درجة الحرارة والضغط البيانات إلى المولد ، حيث يتم تسجيل جميع معلمات العملية المهمة مثل السعة والطاقة الصافية والإجمالية ودرجة الحرارة والضغط على بطاقة SD مدمجة. يسمح التحكم الذكي في البرنامج بإنشاء وتعيين معلمات عملية دقيقة لوقود مستحلب قياسي بجودة عالية باستمرار. يمكن تبريد مفاعل التدفق بالموجات فوق الصوتية المغلف بكفاءة والسماح بمعالجة المستحلب في درجات حرارة محددة. متانة معداتنا بالموجات فوق الصوتية تسمح بتشغيل 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|
| 0.5 إلى 4 لتر / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 1 إلى 8 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 2 إلى 20 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 30 إلى 300 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من المختبر ل طيار و النطاق الصناعي.
الأدب / المراجع
- أحمد محسن إذنين; ويرا جزير يحيى; محمد أزرين أحمد; نور عتيقة رملان; حسن الدين عبد القادر; ولا أزوادي تشي صديق; تسويوشي كوجا (2018): وقود مستحلب الماء في الديزل الخالي من المستحلبات: سلوك ثباته وأداء المحرك وانبعاث العادم. الوقود 215 ، 2018. 454-462.
- محمد يحيى خان ز. عبد الكريم; فتوي يوهانيس هاغوس; أ. رشيد عبد العزيز ؛ عيسى م. تان (2014): الاتجاهات الحالية في مستحلب الماء في الديزل كوقود. مجلة العالم العلمي 2014 (17): 527472.
- بيوتر باتشولسكي ماريولا بواشزيك; جيرزي سيك (2016): الديزل المستحلب كوقود بديل. المسائل الفنية 4/2016 ص 62-67.
- ف. م. إيفانوف. P.I. Nefedov (1965): التحقيق التجريبي لعملية احتراق الوقود السائل الطبيعي والمستحلب ، NASA Tech. Transl. TIF-258 ، 1965.
حقائق تستحق المعرفة
الوقود المائي / الماء في وقود الديزل
المستحلب هو نظام سائل يتكون من سوائلين غير قابلين للامتزاج أو أكثر ، حيث يتم تشتيت مرحلة واحدة أو أكثر (مرحلة التشتت) بدقة في المرحلة الأخرى (المرحلة المستمرة). للمياه – مستحلبات وقود الديزل ، يتم تشتيت الماء كقطرات دقيقة في مرحلة وقود الديزل المستمر. يعرف هذا النوع من المستحلب باسم مستحلب "الماء في الوقود" أو الوقود المائي.