Ultraschallemulsioune fir d’Verbrennung vu Waasser-an-Diesel

Stroumgeneratoren, Schëffsmotoren an Eisebunnsmotoren, déi mat Diesel bedriwwe ginn, kënne méi effizient bedriwwe ginn, wa Waasser-an-Diesel-Emulsioune benotzt ginn. Waasser-Diesel-Emulsiounsdreifstoffer reduzéieren den Dreifstoffverbrauch, senken d’Verbrennungstemperatur, verbrenne méi propper a reduzéieren Emissioune wéi NOx a Rouscht. D’Ultraschallemulgéierung ass eng zouverlässeg, einfach a wierksam Method, fir héichwäerteg Waasser-an-Diesel-Dreifstoffer hierzestellen.

Ultraschallemulgéierung vu Waasser an Diesel

Waasser-an-Diesel-Emulsiounen (WiDE; W/D-Emulsiounsdreifstoff) sinn eng modifizéiert Alternativ zum Dieseldreifstoff, déi bis zu 15% Waasser enthält. Bei Waasser-Diesel-Emulsiounen, déi och als Aquadreifstoff bekannt sinn, gi Waasserdrëpse mat Ultraschall an déi kontinuéierlech Dieselphas emulgéiert. Eng intensiv Ultraschallbehandlung vu Flëssegkeeten erzeugt akustesch Kavitatioun. Duerch Kavitatioun entstane Schéierkräfte briechen d’Drëpsen op a produzéieren eng homogen Emulsioun aus de Waasser- an Dieselphasen, déi soss net matenee mëschbar sinn.

Waasser-an-Diesel-Emulsioun

WiDE (W/D-Emulsioun) ass definéiert als eng Mëschung vun den natierlech net matenee mëschbare Flëssegkeeten, bei där Waasserdrëpsen (disperséiert/intern Phas) am Diesel (kontinuéierlech/extern Phas) verdeelt sinn. En Emulgator gëtt a gerénge Konzentratioune bäigesat, fir d’Stabilitéit vun der Emulsioun ze verbesseren an den Energiebedarf fir d’Mëschen ze reduzéieren.

Zweephasenemulsioun

Eng Zweephasenemulsioun beschreift d’Mëschung vu Waasser an Diesel ouni de Gebrauch vun engem Tensid. Fir eng Zweephasen-WiDE ginn déi zougeféiert Waasser- an Dieselstréim direkt virum Motor mat Ultraschall emulgéiert. Déi mat Ultraschall hiergestallt Zweephase-Waasser-an-Diesel-Emulsioun geet direkt vum Ultraschall-Duerchflosszellereakter an de Verbrennungsmotor. Ouni Tensid ass d’Emulsioun fir eng direkt Verbrennung geduecht, awer net fir d’Lagerung.

Fallstudie iwwer Waasser-Diesel-Emulsiounsdreifstoff

De Versuchsopbau

Ithnin et al. (2018) hunn den Afloss vu Waasser-an-Diesel-Emulsiounsdreifstoff (WiDE) op en Eenzylinder-Dieselmotor mat direkter Asprëtzung ënnersicht. Waasser an Diesel goufen a getrennten Eenheete gelagert, aus deene si quantitativ an e Mëschsystem iwwergeféiert goufen. De Mëschsystem bestoung aus enger Kombinatioun vun engem Mëscher mat héije Schéierkräften an engem Ultraschallhomogenisator. De Mëscher mat Schéierkräften huet eng graff Virmëschung vu Waasser an Diesel geliwwert, wärend d’Ultraschallbehandlung fir eng feindrëpseg, eenheetlech Emulsioun agesat gouf. D’Waasser-Diesel-Emulsioun gouf mat 5% Waasser hiergestallt. Den homogene WiDE-Dreifstoff gouf direkt vum Mëschsystem an de Motor iwwergeféiert. Den hiergestallte WiDE-Dreifstoff huet keng Tensiden enthalen a gouf dofir als laangfristeg onstabilen Emulsiounsdreifstoff (UW/D) bezeechent. Den Dieselmotor gouf ënner véier verschiddene Laaschtbedéngunge getest (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) a mat enger konstanter Dréizuel vun 3000 rpm. Fir d’Auswierkungen, wéi d’Dreifstoffleeschtung an d’Emissiounen, ze vergläichen, goufen och en duerch Tensid stabiliséierten Emulsiounsdreifstoff (stabil Emulsioun (SW/D)) a rengen Dieseldreifstoff (D2) um selwechte Motor getest. Souwuel fir déi onstabil wéi och fir déi stabil Emulsioun gi 5% Waasser benotzt.

D’Resultater

De Motortest weist, datt Waasser-Diesel-Emulsiounsbrennstoff ouni Tensid (UW/D) am Verglach mat rengem Dieselbrennstoff zu enger däitlecher Verbesserung vum Motor féiert, mat enger Erhéijung vum effektiven thermesche Wierkungsgrad (BTE) ëm 3,59% an enger Reduktioun vum effektive spezifesche Brennstoffverbrauch (BSFC) ëm 3,89%. D’Emulsiounsbrennstoffer, souwuel déi stabiliséiert (SW/D) wéi och déi net stabiliséiert (UW/D), hunn den thermesche Wierkungsgrad vum Motor duerch de Mikroexplosiounsphenomeen erhéicht. De Mikroexplosiounsphenomeen verursaacht eng séier Verdampfung vun den emulgéierte Waasserdrëpsen. Well déi winzeg Waasserdrëpse vun Ueleg ëmginn sinn, zerrappt den intensive Verdampfungsprozess d’Drëpse gewaltsam a ganz fein Partikelen, wat d’Vermëschung vu Loft a Brennstoff fërdert. D’Zerrappe vun den Drëpsen an d’Vermëschung mat Loft erhéijen de Verbrennungswierkungsgrad däitlech.
D’Resultater weisen, datt d’Konzept, de Waasser-Diesel-Emulsiounsbrennstoff ouni Tensid an Echtzäit ze produzéieren an an de Motor ze leeden, ganz gutt funktionéiert. D’onmëttelbart Weiderleede vun der mat Ultraschall hiergestallter Waasser-Diesel-Mëschung eliminéiert souwuel de Stabiliséierungsproblem beim gelagerten Emulsiounsbrennstoff wéi och d’Ofhängegkeet vun engem Tensid. Den onstabile Waasser-Diesel-Emulsiounsbrennstoff (UW/D) huet seng Emulsiounsform zouverlässeg iwwer 25sec bäibehalen, ouni an deem Zäitraum d’Sedimentatiounsstadium z’erreechen (kuckt d’Bild hei ënnen).

Verhale vun den Drëpse vum mat Ultraschall emulgéierte Waasser-an-Diesel-Emulsiounsbrennstoff am Laf vun der Zäit a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s an d) 132 s. (Vergréisserung 1000×) – Ithnin et al. 2018

Am Verglach mat rengem Dieselbrennstoff weist de Waasser-an-Diesel-Emulsiounsbrennstoff däitlech reduzéiert Ofgasemissioune vu Stéckstoffoxiden (NOx) a Feinstëbs (PM), mat enger duerchschnëttlecher Reduktioun vun 31,66% respektiv 16,33%.

Am Allgemengen hëllefe mat Ultraschall hiergestallt Emulsiounen – egal ob onstabil oder mat Tensid stabiliséiert – Dieselbrennstoff ze spueren an d’Ofgasemissiounen ze reduzéieren.
Méi ëmweltfrëndlech Ofgasemissiounen a Brennstofferspuernisser mat Ultraschall!

Primär a sekundär Zerstäubung an der Spréiflam vun emulgéiertem Brennstoff.

Dräiphasen-Emulsioun

Eng ternär Emulsioun, och als Dräiphasen-Emulsioun bekannt, besteet aus Waasser, Ueleg an engem Tensid. Beim Emulgéiere vum Waasser an d’Dieselphas mat Ultraschall gëtt en Tensid bäigefüügt. Den Emulgator verlängert d’Stabilitéit vun der Emulsioun an erméiglecht d’Lagerung vum Waasser-an-Diesel-Brennstoff. D’Stabilitéit vun der W/D-Emulsioun hänkt vum Emulgator, den Ultraschallprozessparameteren an der Temperatur of. Mat der richteger Kombinatioun vun Tensid a Beschallungsparametere kann eng däitlech Laangzäitstabilitéit vu WiDE erreecht ginn.

D’Installatioun an d’Norëschte vun engem Ultraschall-Emulgéierungssystem sinn einfach, sécher a käschtegënschteg. W/D-Emulsiounsbrennstoffer kënne mat all konventionellen Dieselmotore benotzt ginn (z. B. Stroumgeneratoren, Eisebunnsmotoren, Schëffsmotoren), ouni datt dës musse modifizéiert ginn.

Wat mécht WiDE-Brennstoffer méi effizient? – De Mikroexplosiounsphenomeen

Waasser-an-Diesel-Emulsiounsbrennstoffer bestinn aus suspendéierte Waasserpartikelen an enger kontinuéierlecher Dieselphas. Bei der Verbrennung erreechen déi fein Waasserdrëpsen am Emulsiounsbrennstoff hiren iwwerhëtzten Zoustand méi séier wéi den Diesel a verursaachen duerch d’Ausdeene vum Damp en Zerfall (spontan Explosioun) wärend der Verbrennung, wouduerch ganz fein Partikelen entstinn. Duerch déi vergréissert Uewerfläch vun de winzege Partikelen a Kombinatioun mat der ugesaugter Loft gëtt d’Vermëschung vu Loft a Brennstoff däitlech verbessert, wat de Verbrennungswierkungsgrad erhéicht. (Ivanov, Nevedov 1965)

Héichleeschtungs-Ultraschall-Emulgéierungssystemer

Hielscher Ultrasonics liwwert héichleeschtungsfäeg Ultraschallprozessoren fir déi kontinuéierlech Produktioun vu qualitativ héichwäertegen (Nano-)Emulsiounen. Iwwerleeën Ultraschallleeschtung, Robustheet an e klenge Plazbedarf maachen d’Ultraschallapparater vun Hielscher zum ideale Mëschsystem fir Waasser-an-Diesel-Emulsiounsbrennstoffer. Egal ob Dir Emulsiounsbrennstoffer fir déi direkt Asprëtzung an e Verbrennungsmotor oder stabil Emulsiounsbrennstoffer fir d’Lagerung an déi spéider Verbrennung produzéiere wëllt, Hielscher Ultrasonics huet déi fir Är Uwendung am beschte gëeegent Konfiguratioun. Vu méi klengen Ultraschallemulsiounssystemer fir den Abau an Eisebunnslokomotiven a Banneschëffer bis zur Produktioun vu grousse Quantitéiten un Aquabrennstoff fir Kraaftwierker a riseg Mieresschëffer – eis Clustere vun Ultraschallprozessoren erméiglechen d’Veraarbechtung vun Emulsiounsbrennstoffer an all Volume.
Nieft hirer héijer Ultraschallleeschtung, Zouverlässegkeet a Robustheet kënnen déi industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics präzis gesteiert an iwwerwaacht ginn. Temperatur- an Drocksensore vermëttelen d’Donnéeën un de Generator, wou all wichteg Prozessparameter wéi Amplitud, Netto- a Gesamtenergie, Temperatur an Drock op enger agebauter SD-Kaart opgezeechent ginn. Déi intelligent Softwaresteierung erméiglecht et, genee Prozessparameter fir e standardiséierten Emulsiounsbrennstoff vu konstant héijer Qualitéit ze bestëmmen an anzestellen. Den Ultraschallduerchflossreakter mat Duebelmantel kann effizient gekillt ginn an erméiglecht et, d’Emulsioun bei festgeluechten Temperaturen ze verschaffen. D’Robustheet vun eisen Ultraschallapparater erméiglecht en 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld.
Déi folgend Tabell gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: