Ultraheli emulsioonid vee-diislikütuse põletamisel

Vee-diislikütuse ultraheli Emulgeerimine

Vee-diisli emulsioonid (lai; Mass/D emulsioon kütus) on modifitseeritud diislikütuse alternatiiv, mis sisaldab kuni 15% vett. Samuti tuntud kui vesikütus, vees-diislikütuse emulsioonides, veesilgad on ultraheli emulgeeritud pideva diislikütuse faasi. Intensiivne vedelike ultrahelitöötlus tekitab akustilist kavitatsiooni. Cavitational nihkejõud segavad tilga ja tekitavad muul viisil purunemuse vee ja diiseletapi homogeenset emulsiooni.

Vee-diislikütuse emulsioon

Lai (W/D emulsioon) on määratletud kui segu looduslikult segunevate vedelike vee tilgad (hajutatud/sisemine faas) diislikütuse (pidev/väline faas). Emulgeeriv aine lisatakse madala kontsentratsiooniga, et parandada emulsioonide stabiilsust ja vähendada segamisenergia nõuet.

Kahefaasiline emulsioon

Kahefaasiline emulsioon kirjeldab vee segu Diislikütusel ilma ühegi pindaktiivse aine kasutamiseta. Kahefaasilise laiuse puhul on vee-ja diiselmootorid ultraheli emulgeeritud mootori paremale esiküljele. Ultraheli kahefaasiline vee-diislikütuse emulsioon läheb otse ultraheli voolu-raku reaktorist põlemismootorisse. Ilma pindaktiivse Katseta ei tehta emulsiooni ladustamiseks, vaid otseseks põletamiseks.

Veediisli emulsiooni kütuse uurimine

Seadistuse.

Ithnin et al. (2018) studied the effect of water-in-diesel emulsion fuel (WiDE) on a single cylinder, direct injection diesel engine. Water and diesel were stored in different units, from which they have been quantitatively transferred into a mixing system. The mixing system consisted in a combination of high shear mixer and ultrasonic homogenizer. The shear mixer provided a crude pre-mix of water and diesel, whilst the sonication was used for a fine-sized, uniform emulsion. The water-diesel emulsion was prepared with 5% water. The homogeneous WiDE fuel was directly transferred from the mixing system into the into the engine. The prepared WiDE fuel did not contain any surfactants, therefore being termed as a long-term unstable emulsion fuel (UW/D). The diesel engine was tested under four different load conditions (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) and with a constant speed of 3000 rpm. In order to compare the effects such as fuel performance and emissions, a surfactant-stabilized emulsion fuel (stable emulsion (SW/D)) and neat diesel fuel (D2) were also tested on the same engine. 5% of water is used for both unstable emulsion and stable emulsion.

Tulemused

Mootori katsetus näitab, et ilma pindaktiivse ainega (UW/D) veediisli emulsioonikütuse tulemuseks on mootori oluline paranemine, mis on 3,59% võrra suurem piduri soojusefektiivsuse (BTE) ja 3,89% pidurdamisega seotud kütusekuluga (BSFC) võrreldes puhta diislikütusega. Emulsioonkütused, nii stabiliseeritud (SW/D) kui ka stabiliseeritud (UW/D), suurendati mootori soojusefektiivsust mikroplahvatuse nähtuse tõttu. Mikroplahvatuse nähtus põhjustab emulgeeritud veepiiste kiiret aureerimist. Kuna minutite vee tilgad on ümbritsetud naftast, häirib intensiivne aurustamise protsess tilgad ägedalt väga peeneid osakesi, mis soodustab õhu ja kütuse segamist. Tilkade katkestus ja segamine õhuga suurendab põlemisefektiivsust märgatavalt.
Tulemused näitavad, et vee-diisli emulsiooni kütuse tootmine ja ülekandmine reaalajas mootorisse ilma pindaktiivset ainet kasutamata toimib väga hästi. Ultraheli ettevalmistatud vee-diisli segu kohene üleminek kõrvaldab stabiliseerimisprobleemi salvestatud emulsioonikütuse puhul ning sõltuvus pindaktiivsest ainetest. Ebastabiilne vee-diislikütuse emulsioon (UW/D) säilitas usaldusväärselt oma emulsioonivormi, saavutamata 25 SEK jooksul settimisetappi (vt allolevat pilti).

Droplet behaviour of ultrasonically emulsified ater-in-diesel emulsion fuel over time a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s and d) 132 s. (magnification 1000×) – Ithnin et al. 2018

Võrreldes puhta diislikütusega on vee-diisli emulsioonkütusel oluliselt vähendatud lämmastikoksiidide (NOx) ja tahkete osakeste (PM) heitgaasivoolu, mille keskmine vähenemine vähenes vastavalt 31,66% ja 16,33%.

Üldiselt ultraheli ettevalmistatud emulsioonid – stabiilne või stabiliseerunud pindaktiivse ainega – aitab säästa diislikütust ja vähendada heitgaaside heidet.
Greener heitgaasivoolu ja kütuse kokkuhoid Ultrasonics!

Primaarne ja sekundaarne atomisatsioon emulgeeritud tuumkütuse pihusti.

Ternary faasi emulsioon

Kolmefaasiline emulsioon, mida tuntakse ka kolmesfaasi emulsiooniga, koosneb veest, õlist ja pindaktiivsest ainetest. Vee ultraheli emulgeerimiseks diiselfaasi lisatakse pindaktiivne aine. Emulgeeriv aine pikendab emulsiooni stabiilsust ja võimaldab ladustada vees diiselkütust. W/D emulsiooni stabiilsus sõltub emulgaatorist, ultraheli protsessi parameetritest ja temperatuurist. Pindaktiivsete ainete ja ultrahelitöötluse parameetrite õige kombinatsiooniga on võimalik saavutada ulatuslik pikaajaline stabiilsus.

Ultraheli emulgeerimissüsteemi paigaldamine ja retro paigaldamine on lihtne, ohutu ja odav. W/D emulsiooni kütuseid saab kasutada koos mis tahes tavapäraste diiselmootoriga (nt elektritootjad, raudteesmootorid, laevamootorid) ilma muudatusi muutmata.

Mis teeb laialdasi kütuseid tõhusamaks? – Mikro-plahvatuse nähtus

Vee-diisli emulsioonikütused koosnevad suspendeeritud vee osakestest pideva diislikütuse faasis. Põletamisel jõuavad emulsioonikütuse peene suurusega veepiisud nende ülekuumenenud etapini kiiremini kui diiselmootorid ja tekitavad põletamise ajal auru paisumise (spontaanne plahvatus), luues väga häid osakesi. Kuna õhukeste osakeste suurenenud pindala on koos sisselaskeõhuga, paraneb õhu ja kütuse segamine märgatavalt ning suureneb seeläbi põlemistõhusus. (Ivanov, Nevedov 1965)

Suure jõudlusega ultraheli Emulgeerimissüsteemid

Hielscher Ultrasonics tarnib kõrgjõudlusega ultraheli protsessorid kvaliteetse (nano-) emulsioonide pideva tootmise jaoks. Hea ultraheli jõudlus, vastupidavus ja väike jalajälg muudavad Hielscher ultrasonicators ideaalse segamissüsteemi vee-diislikütuse emulsiooni kütustele. Kui soovite toota emulsioonikütuseid otsesüstena põletusmootoriks või stabiilseks emulsioonikütusteks ladustamiseks ja hilisemaks põletamiseks, on Hielscher Ultrasonics teie rakenduse jaoks kõige sobivam seadistus. Väiksematest ultraheli emulsioonisüsteemidest raudteeveduritele ja siseveelaevadele integreerumiseks, kuni suurte veekütuse mahtudega elektrijaamadele ja suurtele merelaevadele – Meie ultraheli protsessorite klastrid võimaldavad mis tahes mahu emulsiooni kütusetöötlust.
Lisaks kõrge ultraheli väljund, usaldusväärsus ja stabiilsust, Hielscher Ultrasonics’ Tööstuslikud ultraheli töötlejad saab täpselt kontrollida ja jälgida. Temperatuuri-ja surveandurid edastavad andmed generaatori, kus kõik olulised protsessi parameetrid, nagu amplituud, neto ja kogu energia, temperatuur ja rõhk registreeritakse sisseehitatud SD-kaardile. Intelligentne tarkvara kontrolli võimaldab luua ja määrata täpse protsessi parameetrite standarditud emulsiooni kütuse pidevalt kõrge kvaliteediga. Aperteeritud ultraheli voolu reaktorit saab tõhusalt jahutada ja lasta emulsiooni töödelda kindlaksmääratud temperatuuril. Meie ultraheli seadmete vastupidavus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja Nõudlikes keskkondades.
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest: