Ultraskaņas emulsijas ūdens-dīzeļdegvielas sadedzināšanai

Enerģijas ģeneratorus, kuģu dzinējus un dzelzceļa dzinējus, kas tiek darbināti ar dīzeļdegvielu, var darbināt efektīvāk, ja tiek izmantotas ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas. Ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degvielas samazina degvielas patēriņu, pazemina degšanas temperatūru, sadedzina tīrāku un samazina emisijas, piemēram, NOx un kvēpus. Ultraskaņas emulgācija ir uzticama, vienkārša un efektīva metode, lai ražotu augstas kvalitātes ūdens-dīzeļdegvielas.

Ūdens-dīzeļdegvielas ultraskaņas emulgācija

Ūdens-in-Diesel emulsijas (WiDE; W/D emulsijas degviela) ir modificēta dīzeļdegvielas alternatīva, kas satur līdz 15% ūdens. Pazīstams arī kā ūdens degviela, ūdens-dīzeļdegvielas emulsijās, ūdens pilieni ir ultrasoniski emulģēti nepārtrauktā dīzeļdegvielas fāzē. Intensīva šķidrumu apstrāde ar ultraskaņu rada akustisku kavitāciju. Kavitācijas bīdes spēki traucē pilienus un rada viendabīgu emulsiju no citādi nesajaucamām ūdens un dīzeļdegvielas fāzēm.

Ūdens-in-dīzeļdegvielas emulsija

WiDE (W/D emulsija) ir definēts kā dabiski nesajaucamu ūdens pilienu (disperģētā/iekšējā fāze) šķidrumu maisījums dīzeļdegvielā (nepārtrauktā/ārējā fāze). Emulgators tiek pievienots zemās koncentrācijās, lai uzlabotu emulsiju stabilitāti un samazinātu sajaukšanas enerģijas nepieciešamību.

divfāžu emulsija

Divfāžu emulsija apraksta ūdens maisījumu dīzeļdegvielā, neizmantojot virsmaktīvo vielu. Divfāžu WiDE gadījumā ūdens un dīzeļdegvielas padeves plūsmas ir ultrasoniski emulģētas tieši motora priekšā. Ultraskaņas divfāžu ūdens-dīzeļdegvielas emulsija iet tieši no ultraskaņas plūsmas šūnu reaktora iekšdedzes dzinējā. Bez virsmaktīvās vielas emulsija nav paredzēta uzglabāšanai, bet gan tiešai sadedzināšanai.

Ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degvielas gadījuma izpēte

Iestatīšana

(2018) pētīja ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degvielas (WiDE) ietekmi uz viena cilindra, tiešās iesmidzināšanas dīzeļdzinēju. Ūdens un dīzeļdegviela tika uzglabāti dažādās vienībās, no kurām tie ir kvantitatīvi pārnesti sajaukšanas sistēmā. Maisīšanas sistēma sastāvēja no augstas bīdes maisītāja un ultraskaņas homogenizatora kombinācijas. Bīdes maisītājs nodrošināja neapstrādātu ūdens un dīzeļdegvielas iepriekšēju sajaukumu, savukārt ultraskaņas apstrāde tika izmantota smalka izmēra, vienmērīgai emulsijai. Ūdens-dīzeļdegvielas emulsija tika sagatavota ar 5% ūdens. Homogēnā WiDE degviela tika tieši pārnesta no sajaukšanas sistēmas uz dzinēju. Sagatavotā WiDE degviela nesatur virsmaktīvās vielas, tāpēc to sauc par ilgstoši nestabilu emulsijas degvielu (UW/D). Dīzeļdzinējs tika pārbaudīts četros dažādos slodzes apstākļos (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) un ar nemainīgu ātrumu 3000 apgr./min. Lai salīdzinātu tādus efektus kā degvielas veiktspēja un emisijas, ar to pašu motoru tika pārbaudīta arī virsmaktīvās vielas stabilizēta emulsijas degviela (stabila emulsija (SW / D)) un tīra dīzeļdegviela (D2). 5% ūdens tiek izmantots gan nestabilai emulsijai, gan stabilai emulsijai.

Rezultāti

Motora tests parāda, ka ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degviela bez virsmaktīvās vielas (UW/D) ievērojami uzlabo dzinēju, par 3,59% palielinot bremžu termisko efektivitāti (BTE) un par 3,89% samazinot bremžu īpatnējo degvielas patēriņu (BSFC), salīdzinot ar tīru dīzeļdegvielu. Emulsijas degvielas, gan stabilizētas (SW / D), gan nestabilas (UW / D), palielināja dzinēja termisko efektivitāti mikrosprādziena parādības dēļ. Mikrosprādziena parādība izraisa ātru emulģētu ūdens pilienu iztvaikošanu. Tā kā minūtes ūdens pilieni ir ieskauti eļļā, intensīvais iztvaikošanas process spēcīgi izjauc pilienus ļoti smalkās daļiņās, kas veicina gaisa un degvielas sajaukšanos. Pilienu traucējumi un sajaukšana ar gaisu ievērojami palielina sadegšanas efektivitāti.
Rezultāti liecina, ka ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degvielas ražošanas un nodošanas koncepcija reālā laikā motorā, neizmantojot virsmaktīvo vielu, darbojas ļoti labi. Ultrasoniski sagatavotā ūdens-dīzeļdegvielas maisījuma tūlītēja pārnešana novērš stabilizēšanās problēmu uzglabātajai emulsijas degvielai, kā arī atkarību no virsmaktīvās vielas. Nestabila ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degviela (UW/D) droši saglabāja savu emulsijas formu, nesasniedzot sedimentācijas stadiju 25sec robežās (skatīt attēlu zemāk).

Ultrasoniski emulģētas ater-in-dīzeļdegvielas emulsijas degvielas pilienu uzvedība laika gaitā a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s un d) 132 s. (palielinājums 1000×) – Ithnin et al. 2018

Salīdzinot ar tīru dīzeļdegvielu, ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degvielai ir ievērojami samazināta slāpekļa oksīdu (NOx) un cieto daļiņu (PM) izplūdes gāzu emisija ar vidējo samazinājumu attiecīgi par 31,66% un 16,33%.

Kopumā ultrasoniski sagatavotas emulsijas – wether nestabils vai stabilizēts ar virsmaktīvo vielu – palīdz taupīt dīzeļdegvielu un samazināt izplūdes gāzu emisijas.
Zaļāka izplūdes gāzu emisija un degvielas ietaupījums ar Ultrasonics!

Primārā un sekundārā atomizācija emulģētas degvielas izsmidzināmā liesmā.

Trīsfāzu emulsija

Trīsfāzu emulsija, kas pazīstama arī kā trīsfāžu emulsija, sastāv no ūdens, eļļas un virsmaktīvās vielas. Ūdens ultraskaņas emulgācijas laikā dīzeļdegvielas fāzē pievieno virsmaktīvo vielu. Emulgators pagarina emulsijas stabilitāti un ļauj uzglabāt ūdeni dīzeļdegvielā. W/D emulsijas stabilitāte ir atkarīga no emulgatora, ultraskaņas procesa parametriem un temperatūras. Ar pareizu virsmaktīvās vielas un ultraskaņas parametru kombināciju var panākt ievērojamu ilgtermiņa stabilitāti WiDE.

Ultraskaņas emulgācijas sistēmas uzstādīšana un modernizēšana ir vienkārša, droša un lēta. W/D emulsijas degvielu var izmantot kombinācijā ar jebkuriem parastajiem dīzeļdzinējiem (piemēram, enerģijas ģeneratoriem, dzelzceļa dzinējiem, kuģu dzinējiem) bez izmaiņām.

Kas padara WiDE degvielu efektīvāku? – Mikrosprādziena fenomens

Ūdens-in-Diesel emulsijas degviela sastāv no suspendētām ūdens daļiņām nepārtrauktā dīzeļdegvielas fāzē. Sadedzinot, smalka izmēra ūdens pilieni emulsijas degvielā sasniedz pārkarsēto stadiju ātrāk nekā dīzeļdegviela un degšanas laikā rada tvaika izplešanās pārrāvumu (spontānu eksploziju), radot ļoti smalkas daļiņas. Tā kā minūšu daļiņu virsmas laukums ir palielināts apvienojumā ar ieplūdes gaisu, gaisa un degvielas sajaukšana ir ievērojami uzlabojusies un tādējādi palielina sadegšanas efektivitāti. (Ivanovs, Nevedovs 1965)

Augstas veiktspējas ultraskaņas emulgācijas sistēmas

Hielscher Ultrasonics piegādā augstas veiktspējas ultraskaņas procesorus nepārtrauktai augstas kvalitātes (nano)emulsiju ražošanai. Izcila ultraskaņas veiktspēja, robustums un neliels nospiedums padara Hielscher Ultrasonicators par ideālu sajaukšanas sistēmu ūdens-dīzeļdegvielas emulsijas degvielām. Wether jūs vēlaties ražot emulsijas degvielu tiešai iesmidzināšanai iekšdedzes dzinējā vai stabilu emulsijas degvielu uzglabāšanai un vēlākai sadedzināšanai, Hielscher Ultrasonics ir vispiemērotākais iestatījums jūsu lietojumprogrammai. No mazākām ultraskaņas emulsijas sistēmām integrācijai dzelzceļa lokomotīvēs un iekšzemes jūras kuģos līdz lielu ūdens degvielas apjomu ģenerēšanai spēkstacijām un milzīgiem jūras kuģiem – Mūsu ultraskaņas procesoru klasteri ļauj emulsijas degvielai apstrādāt jebkuru tilpumu.
Bez augstas ultraskaņas izejas, uzticamība un robustums, Hielscher Ultrasonics’ Rūpnieciskos ultraskaņas procesorus var precīzi kontrolēt un uzraudzīt. Temperatūras un spiediena sensori pārraida datus uz ģeneratoru, kur visi svarīgie procesa parametri, piemēram, amplitūda, neto un kopējā enerģija, temperatūra un spiediens, tiek ierakstīti iebūvētajā SD kartē. Inteliģentā programmatūras vadība ļauj noteikt un iestatīt precīzus procesa parametrus standartizētai emulsijas degvielai ar nepārtraukti augstu kvalitāti. Apvalka ultraskaņas plūsmas reaktoru var efektīvi atdzesēt un ļaut apstrādāt emulsiju noteiktā temperatūrā. Mūsu ultraskaņas iekārtu izturība ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: