ულტრაბგერითი ემულსიები წყალი-დიზელში წვისთვის

ელექტროგენერატორებს, გემებისა და რკინიგზის ძრავებს, რომლებიც დიზელის საწვავზე მუშაობენ, შეუძლიათ უფრო ეფექტურად იმუშაონ წყალ-დიზელური ემულსიების გამოყენებისას. წყალ-დიზელური ემულსიური საწვავები ამცირებს საწვავის მოხმარებასა და წვის ტემპერატურას, უფრო სუფთად იწვის და ამცირებს ისეთი ნივთიერებების გამოყოფას, როგორიცაა NOx და ჭვარტლი. ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია მაღალი ხარისხის წყალ-დიზელური საწვავების წარმოების საიმედო, მარტივი და ეფექტური მეთოდია.

წყალ-დიზელური ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია

წყალ-დიზელური ემულსიები (WiDE; W/D ემულსიური საწვავი) არის მოდიფიცირებული დიზელის საწვავის ალტერნატივა, რომელიც შეიცავს მაქსიმუმ 15% წყალს. ასევე ცნობილი როგორც აკვა-საწვავი, წყალ-დიზელურ ემულსიებში, წყლის წვეთები ულტრაბგერითად ემულსიფიცირდება უწყვეტ დიზელურ ფაზაში. სითხეების ინტენსიური ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს აკუსტიკურ კავიტაციას. კავიტაციური ძვრის ძალები არღვევენ წვეთებს და ქმნიან ერთგვაროვან ემულსიას წყლისა და დიზელის ფაზებს შორის, რომლებიც ჩვეულებრივ არ იერევა.

წყალ-დიზელური ემულსია

WiDE (W/D ემულსია) განისაზღვრება, როგორც ბუნებრივად შეურევადი სითხეების ნარევი, რომელშიც წყლის წვეთები (დისპერსიული/შიდა ფაზა) განაწილებულია დიზელში (უწყვეტი/გარე ფაზა). ემულსიის სტაბილურობის გასაუმჯობესებლად და შერევისთვის საჭირო ენერგიის შესამცირებლად დაბალი კონცენტრაციით ემატება ემულგატორი.

ორფაზიანი ემულსია

ორფაზიანი ემულსია აღწერს წყლის ნარევს დიზელში ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების გამოყენების გარეშე. ორფაზიანი WiDE-ს მისაღებად წყლისა და დიზელის მიმწოდებელი ნაკადები ულტრაბგერითად ემულსიფიცირდება უშუალოდ ძრავში შესვლამდე. ულტრაბგერითად მიღებული ორფაზიანი წყალ-დიზელური ემულსია ულტრაბგერითი გამდინარე რეაქტორიდან პირდაპირ გადადის შიგაწვის ძრავში. ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების გარეშე ემულსია განკუთვნილია არა შენახვისთვის, არამედ უშუალოდ დასაწვავად.

წყალ-დიზელური ემულსიური საწვავის კვლევის მაგალითი

მოწყობა

Ithnin et al. (2018) შეისწავლეს წყალ-დიზელური ემულსიური საწვავის (WiDE) გავლენა ერთცილინდრიან, პირდაპირი შეფრქვევის დიზელის ძრავზე. წყალი და დიზელი ინახებოდა ცალ-ცალკე სათავსებში, საიდანაც ისინი დოზირებულად მიეწოდებოდა შერევის სისტემას. შერევის სისტემა შედგებოდა მაღალი ძვრის შემრევისა და ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის კომბინაციისგან. ძვრის შემრევი უზრუნველყოფდა წყლისა და დიზელის უხეშ წინასწარ შერევას, ხოლო ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენებოდა წვრილწვეთოვანი, ერთგვაროვანი ემულსიის მისაღებად. წყალ-დიზელური ემულსია მომზადდა 5% წყლით. ერთგვაროვანი WiDE საწვავი პირდაპირ გადაიტანეს შერევის სისტემიდან ძრავში. მომზადებული WiDE საწვავი არ შეიცავდა ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებს, ამიტომ მას ეწოდა ხანგრძლივ პერიოდში არასტაბილური ემულსიური საწვავი (UW/D). დიზელის ძრავი გამოსცადეს ოთხი სხვადასხვა დატვირთვის პირობებში (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) და მუდმივი 3000 rpm ბრუნვის სიხშირით. საწვავის საექსპლუატაციო მახასიათებლებისა და გამონაბოლქვის შესადარებლად იმავე ძრავზე ასევე გამოსცადეს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებით სტაბილიზებული ემულსიური საწვავი (სტაბილური ემულსია (SW/D)) და სუფთა დიზელის საწვავი (D2). როგორც არასტაბილური, ისე სტაბილური ემულსიისთვის გამოიყენება 5% წყალი.

შედეგები

ძრავის გამოცდა აჩვენებს, რომ წყალ-დიზელური ემულსიური საწვავი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების გარეშე (UW/D) მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ძრავის მუშაობას: სუფთა დიზელის საწვავთან შედარებით ეფექტური თერმული მარგი ქმედების კოეფიციენტი (BTE) იზრდება 3,59%-ით, ხოლო საწვავის ეფექტური კუთრი ხარჯი (BSFC) მცირდება 3,89%-ით. როგორც სტაბილიზებული (SW/D), ისე არასტაბილიზებული (UW/D) ემულსიური საწვავი მიკროაფეთქების ფენომენის გამო ზრდის ძრავის თერმულ ეფექტურობას. მიკროაფეთქების ფენომენი იწვევს ემულსირებული წყლის წვეთების სწრაფ აორთქლებას. ვინაიდან წყლის უმცირესი წვეთები ზეთითაა გარშემორტყმული, ინტენსიური აორთქლების პროცესი წვეთებს მკვეთრად შლის ძალიან წვრილ ნაწილაკებად, რაც ხელს უწყობს ჰაერისა და საწვავის შერევას. წვეთების დაშლა და ჰაერთან შერევა მნიშვნელოვნად ზრდის წვის ეფექტურობას.
შედეგები აჩვენებს, რომ წყალ-დიზელის ემულსიური საწვავის რეალურ დროში წარმოებისა და ძრავში გადატანის კონცეფცია, სურფაქტანტის გამოყენების გარეშე, ძალიან კარგად მუშაობს. ულტრაბგერით მომზადებული წყალ-დიზელის ნარევის მყისიერი გადატანა აღმოფხვრის შენახული ემულსიური საწვავის სტაბილიზაციის პრობლემას, ასევე დამოკიდებულებას სურფაქტანტზე. არასტაბილური წყალ-დიზელის ემულსიური საწვავი (UW/D) საიმედოდ ინარჩუნებდა ემულსიურ ფორმას და 25sec-ის განმავლობაში დალექვის სტადიას არ აღწევდა (იხილეთ ქვემოთ მოცემული სურათი).

ულტრაბგერით ემულსირებული წყალ-დიზელის ემულსიური საწვავის წვეთების ქცევა დროში: a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s და d) 132 s. (გადიდება 1000×) – Ithnin et al. 2018

სუფთა დიზელის საწვავთან შედარებით, წყალ-დიზელის ემულსიურ საწვავს აქვს მნიშვნელოვნად შემცირებული აზოტის ოქსიდების (NOx) და ნაწილაკების (PM) გამონაბოლქვი, შესაბამისად, საშუალოდ 31,66%-ით და 16,33%-ით შემცირებით.

ზოგადად, ულტრაბგერით მომზადებული ემულსიები – იქნება ეს არასტაბილური თუ სურფაქტანტით სტაბილიზებული – ხელს უწყობს დიზელის საწვავის დაზოგვას და გამონაბოლქვის შემცირებას.
ეკოლოგიურად უფრო სუფთა გამონაბოლქვი და საწვავის დაზოგვა ულტრაბგერის გამოყენებით!

ემულსირებული საწვავის პირველადი და მეორეული გაფრქვევა გაფრქვეული საწვავის ალში.

სამფაზიანი ემულსია

სამკომპონენტიანი ემულსია, რომელსაც ასევე სამფაზიან ემულსიას უწოდებენ, შედგება წყლის, ზეთისა და ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებისგან. დიზელის ფაზაში წყლის ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციის დროს ემატება ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება. ემულგატორი ახანგრძლივებს ემულსიის სტაბილურობას და წყალ-დიზელური საწვავის შენახვის საშუალებას იძლევა. W/D ემულსიის სტაბილურობა დამოკიდებულია ემულგატორზე, ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრებსა და ტემპერატურაზე. ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებისა და ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრების სწორი კომბინაციით შესაძლებელია WiDE-ს მაღალი გრძელვადიანი სტაბილურობის მიღწევა.

ულტრაბგერითი ემულსირების სისტემის მონტაჟი და არსებულ დანადგარებში დამატებით ჩაშენება მარტივი, უსაფრთხო და იაფია. W/D ემულსიური საწვავების გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერ ჩვეულებრივ დიზელის ძრავში (მაგ., ელექტროგენერატორების, რკინიგზისა და გემების ძრავებში) მათი მოდიფიკაციის გარეშე.

რა ხდის WiDE საწვავებს უფრო ეფექტურს? – მიკროაფეთქების ფენომენი

წყალ-დიზელური ემულსიური საწვავები შედგება დიზელის უწყვეტ ფაზაში განაწილებული წყლის ნაწილაკებისგან. წვისას ემულსიურ საწვავში არსებული წვრილი წყლის წვეთები დიზელზე უფრო სწრაფად აღწევს გადახურებულ მდგომარეობას და ორთქლის გაფართოების შედეგად იშლება (სპონტანური აფეთქება), რის შედეგადაც წარმოიქმნება ძალიან წვრილი ნაწილაკები. ამ უმცირესი ნაწილაკების გაზრდილი ზედაპირის ფართობისა და შემავალი ჰაერის ერთობლივი მოქმედებით ჰაერი და საწვავი მნიშვნელოვნად უკეთ ერევა ერთმანეთს, რაც ზრდის წვის ეფექტურობას. (Ivanov, Nevedov 1965)

მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ემულსირების სისტემები

Hielscher Ultrasonics აწვდის მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით პროცესორებს მაღალი ხარისხის (ნანო-)ემულსიების უწყვეტი წარმოებისთვის. მაღალი ულტრაბგერითი წარმადობა, გამძლეობა და მცირე ფართობის საჭიროება Hielscher Ultrasonicators-ს წყალ-დიზელური ემულსიური საწვავების იდეალურ შერევის სისტემად აქცევს. გსურთ ემულსიური საწვავის წარმოება შიგაწვის ძრავში პირდაპირი შეფრქვევისთვის თუ სტაბილური ემულსიური საწვავის წარმოება შენახვისა და შემდგომი წვისთვის, Hielscher Ultrasonics-ს თქვენი გამოყენებისთვის ყველაზე შესაფერისი კონფიგურაცია აქვს. მცირე ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციის სისტემებიდან, რომლებიც რკინიგზის ლოკომოტივებსა და შიდა წყალსატევების გემებში ინტეგრირდება, ელექტროსადგურებისა და უზარმაზარი საზღვაო გემებისთვის აკვასაწვავის დიდი მოცულობების წარმოებამდე – ჩვენი ულტრაბგერითი პროცესორების კლასტერები ნებისმიერი მოცულობის ემულსიური საწვავის დამუშავების საშუალებას იძლევა.
მაღალი ულტრაბგერითი გამომავალი სიმძლავრის, საიმედოობისა და გამძლეობის გარდა, Hielscher Ultrasonics-ის სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორები ზუსტი კონტროლისა და მონიტორინგის შესაძლებლობას იძლევა. ტემპერატურისა და წნევის სენსორები მონაცემებს გადასცემს გენერატორს, სადაც პროცესის ყველა მნიშვნელოვანი პარამეტრი, როგორიცაა ამპლიტუდა, წმინდა და ჯამური ენერგია, ტემპერატურა და წნევა, ჩაიწერება ჩაშენებულ SD-ბარათზე. ინტელექტუალური პროგრამული მართვა საშუალებას იძლევა განისაზღვროს და დაყენდეს პროცესის ზუსტი პარამეტრები მუდმივად მაღალი ხარისხის სტანდარტიზებული ემულსიური საწვავის მისაღებად. გამაგრილებელი პერანგით აღჭურვილი ულტრაბგერითი გამდინარე რეაქტორი ეფექტურად გრილდება და ემულსიის მითითებულ ტემპერატურებზე დამუშავების საშუალებას იძლევა. ჩვენი ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა უზრუნველყოფს 24/7 მუშაობას მძიმე დატვირთვითა და რთულ გარემო პირობებში.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი დანადგარების მიახლოებით დამუშავების სიმძლავრეზე: