Ultrahangos emulziók dízel víz égéséhez

A dízelüzemű áramfejlesztők, hajómotorok és vasúti motorok hatékonyabban működtethetők, ha vizet in-dízel emulziókat használnak. A víz-dízel emulziós üzemanyagok csökkentik az üzemanyag-fogyasztást, csökkentik az égési hőmérsékletet, tisztábban égnek és csökkentik a kibocsátásokat, például az NOx-ot és a kormot. Az ultrahangos emulgeálás megbízható, egyszerű és hatékony módszer kiváló minőségű dízel üzemanyagok előállítására.

A dízel víz ultrahangos emulgeálása

Víz a dízelben emulziók (WiDE; W / D emulziós üzemanyag) egy módosított dízel üzemanyag alternatíva, amely legfeljebb 15% vizet tartalmaz. Víz-üzemanyagként is ismert, víz-dízel emulziókban a vízcseppek ultrahanggal emulgeálódnak a folyamatos dízelfázisba. A folyadékok intenzív szonikálása akusztikus kavitációt generál. A kavitációs nyíróerők megbontják a cseppeket, és homogén emulziót hoznak létre az egyébként nem elegyedő víz- és dízelfázisokból.

Víz a dízelben emulzió

A WiDE (W/D emulzió) a vízcseppek (diszpergált/belső fázis) természetesen nem elegyedő folyadékainak keveréke dízelben (folyamatos/külső fázis). Az emulgeálószer alacsony koncentrációban kerül hozzáadásra az emulziók stabilitásának javítása és a keverési energiaigény csökkentése érdekében.

kétfázisú emulzió

A kétfázisú emulzió a víz keverékét írja le dízelben felületaktív anyag használata nélkül. A kétfázisú WiDE esetében a víz és a dízel adagolóáramok ultrahanggal emulgeálódnak közvetlenül a motor előtt. Az ultrahangos kétfázisú víz-in-dízel emulzió közvetlenül az ultrahangos áramlási cellás reaktorból a belső égésű motorba kerül. Felületaktív anyag nélkül az emulzió nem tárolásra, hanem közvetlen égésre készül.

Esettanulmány a víz-dízel emulziós üzemanyagról

A beállítás

Ithnin et al. (2018) tanulmányozta a víz-dízel emulziós üzemanyag (WiDE) hatását egyhengeres, közvetlen befecskendezésű dízelmotorra. A vizet és a gázolajat különböző egységekben tárolták, amelyekből mennyiségileg átkerültek egy keverőrendszerbe. A keverőrendszer nagy nyírókeverő és ultrahangos homogenizátor kombinációjából állt. A nyírókeverő nyers előkeveréket biztosított a víz és a dízel számára, míg az ultrahangos kezelést finom méretű, egyenletes emulzióhoz használták. A víz-dízel emulziót 5% vízzel állítottuk elő. A homogén WiDE üzemanyag közvetlenül a keverőrendszerből került a motorba. Az elkészített WiDE üzemanyag nem tartalmazott felületaktív anyagokat, ezért hosszú távú instabil emulziós üzemanyagnak (UW/D) nevezték. A dízelmotort négy különböző terhelési állapotban tesztelték (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) és állandó 3000 fordulat / perc fordulatszámmal. Az olyan hatások összehasonlítása érdekében, mint az üzemanyag-teljesítmény és a károsanyag-kibocsátás, felületaktív anyaggal stabilizált emulziós üzemanyagot (stabil emulzió (SW/D)) és tiszta dízel üzemanyagot (D2) is teszteltek ugyanazon a motoron. A víz 5% -át instabil emulzióhoz és stabil emulzióhoz használják.

Az eredmények

A motorteszt azt mutatja, hogy a felületaktív anyag nélküli víz-dízel emulziós üzemanyag (UW/D) a motor jelentős javulását eredményezi a fék termikus hatékonyságának (BTE) 3,59% -os növekedésével és a fék fajlagos üzemanyag-fogyasztásának (BSFC) 3,89% -os csökkenésével a tiszta dízel üzemanyaghoz képest. Az emulziós üzemanyagok, mind stabilizált (SW / D), mind nem stabilizált (UW / D), növelték a motor termikus hatékonyságát a mikrorobbanás jelensége miatt. A mikrorobbanás jelensége az emulgeált vízcseppek gyors elpárolgását okozza. Mivel a parányi vízcseppeket olaj veszi körül, az intenzív párolgási folyamat hevesen nagyon finom részecskékké bontja a cseppeket, ami elősegíti a levegő és az üzemanyag keveredését. A cseppek megszakadása és a levegővel való keveredés jelentősen növeli az égés hatékonyságát.
Az eredmények azt mutatják, hogy a víz-dízel emulziós üzemanyag valós idejű előállításának és a motorba történő átvitelének koncepciója felületaktív anyag használata nélkül nagyon jól működik. Az ultrahanggal előállított víz-dízel keverék azonnali átadása kiküszöböli a tárolt emulziós üzemanyag stabilizációs problémáját, valamint a felületaktív anyagtól való függőséget. Az instabil víz-dízel emulziós üzemanyag (UW / D) megbízhatóan megtartotta emulziós formáját anélkül, hogy 25 másodpercen belül elérte volna az ülepedési szakaszt (lásd az alábbi képet).

Az ultrahanggal emulgeált ater-in-diesel emulziós üzemanyag csepp viselkedése az idő múlásával a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s és d) 132 s. (nagyítás 1000×) – Ithnin et al. 2018

A tiszta dízel üzemanyaghoz képest a dízel emulziós üzemanyag jelentősen csökkentette a nitrogén-oxidok (NOx) és a részecskék (PM) kipufogógáz-kibocsátását, átlagosan 31,66% -kal, illetve 16,33% -kal.

Összességében, ultrahanggal előállított emulziók – instabil vagy felületaktív anyaggal stabilizált – segít megtakarítani a dízel üzemanyagot és csökkenteni a kipufogógáz-kibocsátást.
Zöldebb kipufogógáz-kibocsátás és üzemanyag-megtakarítás ultrahanggal!

Elsődleges és másodlagos porlasztás emulgeált üzemanyag szórólángjában.

Háromfázisú emulzió

A háromfázisú emulzió, más néven háromfázisú emulzió, vízből, olajból és felületaktív anyagból áll. A víz ultrahangos emulgeálása során a dízel fázisba felületaktív anyagot adunk hozzá. Az emulgeálószer meghosszabbítja az emulzió stabilitását, és lehetővé teszi a víz dízelben történő tárolását. A W / D emulzió stabilitása az emulgeálószertől, az ultrahangos folyamat paramétereitől és a hőmérséklettől függ. A felületaktív anyag és az ultrahangos paraméterek megfelelő kombinációjával a WiDE jelentős hosszú távú stabilitása érhető el.

Az ultrahangos emulgeáló 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).

Mitől hatékonyabbak a WiDE üzemanyagok? – A mikrorobbanás jelensége

A víz a dízelben emulziós üzemanyagok szuszpendált vízrészecskékből állnak folyamatos dízel fázisban. Égéskor az emulziós üzemanyagban lévő finom méretű vízcseppek gyorsabban érik el túlhevített állapotukat, mint a dízel, és az égés során gőztágulási törést (spontán robbanást) hoznak létre, nagyon finom részecskéket hozva létre. A beszívott levegővel kombinált apró részecskék megnövekedett felületének köszönhetően a levegő és az üzemanyag keverése jelentősen javul, és ezáltal növeli az égés hatékonyságát. (Ivanov, Nevedov 1965)

Nagy teljesítményű ultrahangos emulgeáló rendszerek

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos processzorokat szállít kiváló minőségű (nano-) emulziók folyamatos előállításához. Kiváló ultrahangos teljesítmény, robusztusság, és egy kis lábnyom teszi Hielscher Ultrasonicators az ideális keverőrendszer a víz-dízel emulziós üzemanyagok. Ha emulziós üzemanyagokat szeretne előállítani a belső égésű motorba történő közvetlen befecskendezéshez vagy stabil emulziós üzemanyagokhoz tároláshoz és későbbi égéshez, a Hielscher Ultrasonics rendelkezik a legmegfelelőbb beállítással az Ön alkalmazásához. A kisebb ultrahangos emulziós rendszerektől a vasúti mozdonyokba és belvízi hajókba való integrációhoz az erőművek és hatalmas tengeri hajók nagy vízi üzemanyag-mennyiségének előállításáig – Az ultrahangos processzorok klaszterei lehetővé teszik az emulziós üzemanyag feldolgozását bármilyen térfogatban.
A magas ultrahangos kimenet, megbízhatóság és robusztusság mellett a Hielscher Ultrasonics’ Az ipari ultrahangos processzorok pontosan vezérelhetők és felügyelhetők. A hőmérséklet- és nyomásérzékelők továbbítják az adatokat a generátornak, ahol az összes fontos folyamatparaméter, például az amplitúdó, a nettó és a teljes energia, a hőmérséklet és a nyomás egy beépített SD-kártyán kerül rögzítésre. Az intelligens szoftvervezérlés lehetővé teszi a folyamatosan kiváló minőségű szabványosított emulziós üzemanyag pontos folyamatparamétereinek megállapítását és beállítását. A köpenyes ultrahangos áramlási reaktor hatékonyan lehűthető, és lehetővé teszi az emulzió meghatározott hőmérsékleten történő feldolgozását. Ultrahangos berendezéseink robusztussága lehetővé teszi a 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: