Ultraheli emulsioonid vesi-diislikütuse põletamiseks

Diislikütusel töötavaid elektrigeneraatoreid, laevamootoreid ja raudteemootoreid saab tõhusamalt käitada, kui kasutatakse vesi-diisel-emulsioone. Vee-diislikütuse emulsioonkütused vähendavad kütusekulu, alandavad põlemistemperatuuri, põlevad puhtamalt ja vähendavad heitkoguseid, nagu NOx ja tahm. Ultraheli emulgeerimine on usaldusväärne, lihtne ja tõhus meetod kvaliteetsete vee-diislikütuste tootmiseks.

Vesi-diisli ultraheli emulgeerimine

Vesi-diisli emulsioonid (WiDE; W/D emulsioonkütus) on modifitseeritud diislikütuse alternatiiv, mis sisaldab kuni 15% vett. Tuntud ka kui vesikütus, vee-diislikütuse emulsioonides emulgeeritakse veepiisad ultraheliga pidevasse diislikütuse faasi. Vedelike intensiivne ultrahelitöötlus tekitab akustilist kavitatsiooni. Kavitatsioonilised nihkejõud katkestavad piiskade ja tekitavad muidu segunematu vee- ja diislikütuse faaside homogeense emulsiooni.

Vesi-diisli emulsioon

WiDE (W/D emulsioon) on määratletud kui veepiiskade looduslikult segunematute vedelike segu (dispergeeritud/sisemine faas) diislikütuses (pidev/väline faas). Emulgeeriv aine lisatakse madalates kontsentratsioonides, et parandada emulsioonide stabiilsust ja vähendada segamisenergia vajadust.

kahefaasiline emulsioon

Kahefaasiline emulsioon kirjeldab vee segu diislikütuses ilma pindaktiivset ainet kasutamata. Kahefaasilise WiDE puhul emulgeeritakse vee- ja diislikütuse söötmisvood ultraheliga otse mootori ees. Ultraheli kahefaasiline vesi-diisli emulsioon läheb otse ultraheli vooluelemendi reaktorist sisepõlemismootorisse. Ilma pindaktiivse aineta ei ole emulsioon mõeldud ladustamiseks, vaid otseseks põletamiseks.

Vee-diisli emulsioonkütuse juhtumiuuring

Seadistamine

(2018) uuris vesi-diisli emulsioonkütuse (WiDE) mõju ühele silindrile, otsesissepritsega diiselmootorile. Vett ja diislikütust hoiti erinevates üksustes, kust need on kvantitatiivselt üle viidud segamissüsteemi. Segamissüsteem koosnes kõrge nihkesegisti ja ultraheli homogenisaatori kombinatsioonist. Nihkesegisti andis toores eelsegu veest ja diislikütusest, samas kui ultrahelitöötlust kasutati peene suurusega, ühtlase emulsiooni jaoks. Vee-diislikütuse emulsioon valmistati 5% veega. Homogeenne WiDE kütus viidi segamissüsteemist otse mootorisse. Ettevalmistatud WiDE kütus ei sisaldanud pindaktiivseid aineid, mistõttu seda nimetati pikaajaliseks ebastabiilseks emulsioonkütuseks (UW/D). Diiselmootorit testiti neljas erinevas koormustingimustes (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) ja püsikiirusega 3000 p / min. Selliste mõjude võrdlemiseks nagu kütuse jõudlus ja heitkogused katsetati samal mootoril ka pindaktiivse ainega stabiliseeritud emulsioonkütust (stabiilne emulsioon (SW/D)) ja puhast diislikütust (D2). 5% vett kasutatakse nii ebastabiilseks emulsiooniks kui ka stabiilseks emulsiooniks.

Tulemused

Mootorikatse näitab, et vesi-diisel-emulsioonkütus ilma pindaktiivse aineta (UW / D) parandab mootorit märkimisväärselt, suurendades pidurite soojuslikku efektiivsust (BTE) 3.59% ja vähendades pidurite erikütusekulu (BSFC) 3.89% võrreldes puhta diislikütusega. Emulsioonkütused, nii stabiliseeritud (SW/D) kui ka stabiliseerimata (UW/D), suurendasid mikroplahvatuse nähtuse tõttu mootori termilist efektiivsust. Mikroplahvatuse nähtus põhjustab emulgeeritud veepiiskade kiiret aurustumist. Kuna minutilised veepiisad on ümbritsetud õliga, katkestab intensiivne aurustumisprotsess tilgad ägedalt väga peenteks osakesteks, mis soodustab õhu ja kütuse segunemist. Tilkade katkemine ja õhuga segamine suurendab oluliselt põlemistõhusust.
Tulemused näitavad, et vee-diisli emulsioonikütuse reaalajas mootorisse tootmise ja ülekandmise kontseptsioon ilma pindaktiivset ainet kasutamata töötab väga hästi. Ultraheli valmistatud vee-diisli segu kohene ülekandmine kõrvaldab salvestatud emulsioonkütuse stabiliseerimisprobleemi, samuti sõltuvuse pindaktiivsest ainest. Ebastabiilne vesi-diisel-emulsioonkütus (UW/D) säilitas usaldusväärselt oma emulsioonivormi, jõudmata 25sek jooksul settimisetappi (vt allolevat pilti).

Ultraheli emulgeeritud ater-in-diislikütuse tilkade käitumine aja jooksul a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s ja d) 132 s. (suurendus 1000×) – Ithnin jt 2018

Võrreldes puhta diislikütusega on vesi-diisli emulsioonkütusel lämmastikoksiidide (NOx) ja tahkete osakeste (PM) heitgaasid märkimisväärselt vähenenud, keskmiselt vastavalt 31,66% ja 16,33%.

Üldiselt on ultraheli ettevalmistatud emulsioonid – wether ebastabiilne või pindaktiivse ainega stabiliseeritud – aidata säästa diislikütust ja vähendada heitgaase.
Rohelisemad heitgaasid ja kütuse kokkuhoid ultraheliga!

Emulgeeritud kütuse esmane ja sekundaarne pihustamine pihustusleegis.

Kolmefaasiline emulsioon

Kolmefaasiline emulsioon, tuntud ka kui kolmefaasiline emulsioon, koosneb veest, õlist ja pindaktiivsest ainest. Vee ultraheli emulgeerimise ajal diislikütuse faasi lisatakse pindaktiivne aine. Emulgeeriv aine pikendab emulsiooni stabiilsust ja võimaldab hoida vett diislikütuses. W / D emulsiooni stabiilsus sõltub emulgaatorist, ultraheli protsessi parameetritest ja temperatuurist. Pindaktiivse aine ja ultrahelitöötluse parameetrite õige kombinatsiooniga on võimalik saavutada WiDE märkimisväärne pikaajaline stabiilsus.

Ultraheli emulgeerimissüsteemi paigaldamine ja retro-paigaldamine on lihtne, ohutu ja odav. W/D emulsioonkütuseid võib kasutada koos mis tahes tavaliste diiselmootoritega (nt generaatorid, raudteemootorid, laevamootorid) ilma muudatusteta.

Mis teeb WiDE kütused tõhusamaks? – Mikroplahvatuse nähtus

Water-in-Diesel emulsioonkütused koosnevad suspendeeritud veeosakestest pidevas diislikütuse faasis. Põletamisel jõuavad emulsioonkütuses olevad peene suurusega veepiisad oma ülekuumenenud staadiumisse kiiremini kui diisel ja tekitavad põlemisel auru paisumise purunemise (spontaanne plahvatus), tekitades väga peeneid osakesi. Tänu minutiosakeste suurenenud pindalale koos sissevõetava õhuga paraneb õhu ja kütuse segamine märkimisväärselt ning suurendab seeläbi põlemistõhusust. (Ivanov, Nevedov 1965)

Suure jõudlusega ultraheli emulgeerimissüsteemid

Hielscher Ultrasonics tarnib suure jõudlusega ultraheli protsessoreid kvaliteetsete (nano-)emulsioonide pidevaks tootmiseks. Suurepärane ultraheli jõudlus, töökindlus ja väike jalajälg muudavad Hielscheri ultrasonikaatorid ideaalseks segamissüsteemiks vee-diislikütuse emulsioonkütuste jaoks. Kas soovite toota emulsioonkütuseid otsesissepritse sisepõlemismootorisse või stabiilseid emulsioonkütuseid ladustamiseks ja hilisemaks põletamiseks, on Hielscher Ultrasonicsil teie rakenduse jaoks kõige sobivam seadistus. Alates väiksematest ultraheli emulsioonisüsteemidest raudteevedurite ja siseveelaevade integreerimiseks kuni suurte veekütuste koguste genereerimiseni elektrijaamadele ja suurtele merelaevadele – Meie ultraheli protsessorite klastrid võimaldavad emulsioonikütuse töötlemist mis tahes mahus.
Lisaks kõrgele ultraheli väljundile, usaldusväärsusele ja töökindlusele, Hielscher Ultrasonics’ Tööstuslikke ultraheli protsessoreid saab täpselt kontrollida ja jälgida. Temperatuuri- ja rõhuandurid edastavad andmed generaatorile, kus kõik olulised protsessiparameetrid, nagu amplituud, neto- ja koguenergia, temperatuur ja rõhk, salvestatakse sisseehitatud SD-kaardile. Intelligentne tarkvara juhtimine võimaldab luua ja seada pidevalt kvaliteetse standardiseeritud emulsioonkütuse täpsed protsessiparameetrid. Manteldatud ultraheli voolu reaktorit saab tõhusalt jahutada ja võimaldada emulsiooni töödelda kindlaksmääratud temperatuuridel. Meie ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: