A dízelüzemű villamosenergia-termelők, hajómotorok és vasúti motorok hatékonyabban működtethetők, ha dízel-in-diesel emulziókat használnak. A víz-dízel emulziós üzemanyagok csökkentik az üzemanyag-fogyasztást, csökkentik az égési hőmérsékletet, tisztábban égetnek, és csökkentik a kibocsátásokat, például a NOx-ot és a koromat. Ultrahangos emulgeálás egy megbízható, egyszerű és hatékony módszer, hogy kiváló minőségű víz-in-dízel üzemanyagok.

Ultrahangos emulgeálása víz-in-dízel

Dízelben lévő vízemulziók (WiDE; W / D emulziós üzemanyag) egy módosított dízel üzemanyag alternatíva, amely akár 15%-a víz. Más néven aqua-üzemanyag, a víz-dízel emulziók, vízcseppek ultrahangos rázatással emulgeált a folyamatos dízel fázisban. A folyadékok intenzív szonikálása akusztikus kavitációt generál. A kavitációs nyíróerők megzavarják a cseppeket, és az egyébként nem elegyedő víz- és dízelfázisok homogén emulzióját eredményezik.

Gázolajban lévő víz emulzió

A WiDE (W/D emulzió) a dízelben (folyamatos/külső fázisban) lévő vízcseppek (diszpergált/belső fázis) természetesen nem elegyedő folyadékainak (diszpergált/belső fázis) keveréke. Az emulziós stabilitás javítása és a keverési energiaszükséglet csökkentése érdekében alacsony koncentrációban emulgeáló szert adnak hozzá.

Kétfázisú emulzió

A kétfázisú emulzió a gázolajban lévő víz keverékét írja le felületaktív anyag használata nélkül. A kétfázisú WiDE, a víz és a dízel etetés patakok ultrahangos rázatással emulgeált jobb előtt a motor. Az ultrahangos kétfázisú víz-in-dízel emulzió megy közvetlenül az ultrahangos áramláscellás reaktor a belső égésű motor. Felületaktív anyag nélkül az emulzió nem tárolásra, hanem közvetlen égésre készül.

Esettanulmány a víz-dízel emulzió üzemanyag

A beállítás

Ithnin et al. (2018) tanulmányozta a víz-in-dízel emulzió üzemanyag (WiDE) hatását egy hengeres, közvetlen befecskendezéses dízelmotorra. A vizet és a dízelt különböző egységekben tárolták, amelyekből mennyiségileg átkerültek egy keverőrendszerbe. A keverőrendszer nagy nyírókeverő és ultrahangos homogenizátor kombinációjából állt. A nyíró mixer biztosított a nyers előtti mix a víz és a dízel, míg a szonikálás használták a finom méretű, egységes emulzió. A víz-dízel emulzió készült 5% vízzel. A homogén WiDE üzemanyag közvetlenül átkerült a keverőrendszerből a motorba. Az elkészített WiDE-üzemanyag nem tartalmazott felületaktív anyagokat, ezért hosszú távú instabil emulziós tüzelőanyagként (UW/D) nevezik. A dízelmotort négy különböző terhelési körülmények között tesztelték (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) és 3000 rpm állandó fordulatszámmal. Az olyan hatások összehasonlítása érdekében, mint a tüzelőanyag teljesítménye és a kibocsátások, ugyanazon a motoron egy felületaktív anyaggal stabilizált emulziós tüzelőanyagot (stabil emulzió (SW/D)) és tiszta dízelüzemanyagot (D2) is megvizsgáltak. A víz 5%-át instabil emulzióra és stabil emulzióra használják.

Az eredmények

A motorvizsgálat azt mutatja, hogy a víz-dízel emulziós üzemanyag felületaktív anyag nélkül (UW/D) a motor jelentős javulását eredményezi, a fék hőhatásfokának 3,59%-os növekedésével (BTE) és a fékspecifikus tüzelőanyag-fogyasztás (BSFC) 3,89%-os csökkenésével a tiszta dízelüzemanyaghoz képest. Az emulziós tüzelőanyagok, mind stabilizált (SW / D) és unstabilized (UW / D), növelte a termikus hatékonysága a motor miatt a mikro-robbanás jelenség. A mikrorobbanás jelensége az emulgeált vízcseppek gyors elpárolgását okozza. Mivel a perc vízcseppek körül olaj, az intenzív párolgási folyamat megzavarja a cseppek hevesen nagyon finom részecskék, amely elősegíti a keverés a levegő és az üzemanyag. A cseppek megzavarása és a levegővel való keveredés jelentősen növeli az égési hatékonyságot.
Az eredmények azt mutatják, hogy a víz-dízel emulziós üzemanyag valós idejű, felületaktív anyag használata nélküli motorba történő előállításának és átvitelének koncepciója nagyon jól működik. Az ultrahangos rázatással készített víz-dízel keverék azonnali átadása kiküszöböli a tárolt emulziós üzemanyag stabilizációs problémáját, valamint a felületaktív anyagtól való függőséget. Az instabil víz-dízel emulziós tüzelőanyag (UW/D) megbízhatóan fenntartotta emulziós formáját anélkül, hogy 25 másodpercen belül elérte volna az üledékképző szakaszt (lásd az alábbi képet).

Cseppviselkedése ultrahangos rázatással emulgeált ater-in-dízel emulziós üzemanyag idővel a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s és d) 132 s. (nagyítás 1000 ×) – Ithnin és mtsai.

A takaros dízelüzemanyaggal összehasonlítva a gázolaj-in-dízel-emulziós tüzelőanyag jelentősen csökkentette a nitrogén-oxidok (NOx) és a szálló por (PM) kipufogógáz-kibocsátását, átlagosan 31,66%-os, illetve 16,33%-os csökkenéssel.

Összességében, ultrahangos rázatással készített emulziók – instabil vagy felületaktív anyagstabilizálva – a dízelüzemanyag megtakarításának és a kipufogógáz-kibocsátás csökkentésének elősegítése.
Zöldebb kipufogógáz-kibocsátás és üzemanyag-megtakarítás ultrahangos!

Elsődleges és másodlagos poronyítás emulgeált üzemanyag permetlángjában.

Harmadlagos fázis emulzió

A háromfázisú emulzió, más néven háromfázisú emulzió, vízből, olajból és felületaktív anyagból áll. A víz ultrahangos emulgeálása során a dízelfázisba felületaktív anyagot adunk hozzá. Az emulgeálószer meghosszabbítja az emulzió stabilitását, és lehetővé teszi a gázolajvíz tárolását. A W / D emulzió stabilitása függ az emulgeátum, az ultrahangos folyamat paraméterek és a hőmérséklet. A felületaktív anyag és a szonikálás paramétereinek megfelelő kombinációjával a WiDE jelentős hosszú távú stabilitása érhető el.

Az ultrahangos emulgeációs rendszer telepítése és utólagos felszerelése egyszerű, biztonságos és olcsó. A W/D emulziós üzemanyagok módosítás nélkül használhatók bármely hagyományos dízelmotorral (pl. áramfejlesztők, vasúti motorok, hajómotorok).

Mi teszi a WiDE üzemanyagokat hatékonyabbá? – A mikro-robbanás jelenség

A dízel-in-diesel emulziós tüzelőanyagok folyamatos dízelfázisban lévő lebegő vízrészecskékből állnak. Amikor elégetik, a finom méretű vízcseppek az emulzióüzemanyag eléri a túlhevített szakaszban gyorsabb, mint a dízel, és hozzon létre egy páratágulás break-up (spontán robbanás) az égés során, ami nagyon finom részecskéket. A betáplált levegővel kombinált apró részecskék megnövekedett felületének köszönhetően a levegő és az üzemanyag keverése jelentősen javul, és ezáltal növeli az égési hatékonyságot. (Ivanov, Nevedov 1965)

Nagy teljesítményű ultrahangos emulgeációs rendszerek

Hielscher Ultrasonics szállít nagy teljesítményű ultrahangos processzorok a folyamatos termelés kiváló minőségű (nano-) emulziók. Kiváló ultrahangos teljesítmény, robusztusság, és egy kis lábnyom, hogy Hielscher ultrasonicators ideális keverő rendszer a víz-in-dízel emulzió üzemanyagok. Wether szeretne termelni emulziós üzemanyagok a közvetlen befecskendezés egy belső égésű motor vagy stabil emulziós üzemanyagok tárolására és későbbi égés, Hielscher Ultrasonics a legmegfelelőbb beállítás az alkalmazás. A kisebb ultrahangos emulziós rendszerektől a vasúti mozdonyok és a belvízi tengeri hajók integrációjához, egészen az erőművek és a hatalmas tengeri hajók nagy vízüzemanyag-mennyiségének létrehozásáig – az ultrahangos processzorok klaszterei lehetővé teszik bármilyen térfogat emulziós üzemanyag-feldolgozását.
A magas ultrahangos kimenet, a megbízhatóság és a robusztusság mellett a Hielscher Ultrasonics’ ipari ultrahangos processzorok pontosan vezérelhető késedelmi és ellenőrzött. A hőmérséklet- és nyomásérzékelők továbbítják az adatokat a generátornak, ahol minden fontos folyamatparamétert, például amplitúdót, hálót és teljes energiát, hőmérsékletet és nyomást rögzítenek egy beépített SD-kártyán. Az intelligens szoftvervezérlés lehetővé teszi a pontos folyamatparaméterek megállapítását és beállítását a folyamatosan kiváló minőségű szabványosított emulziós üzemanyaghoz. A kabátos ultrahangos áramlású reaktor hatékonyan hűthető, és lehetővé teszi az emulzió meghatározott hőmérsékleten való feldolgozását. Ultrahangos berendezésünk robusztussága lehetővé teszi a 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: