Ультразвуковые эмульсии для сжигания воды в дизельном топливе

Электрогенераторы, судовые двигатели и железнодорожные двигатели, работающие на дизельном топливе, могут работать более эффективно, если используются эмульсии воды в дизельном топливе. Водно-дизельное эмульсионное топливо снижает расход топлива, снижает температуру сгорания, сгорает чище и уменьшает выбросы, такие как NOx и сажа. Ультразвуковая эмульгация является надежным, простым и эффективным методом получения высококачественного водно-дизельного топлива.

Ультразвуковая эмульгирование воды в дизельном топливе

Водо-дизельные эмульсии (WiDE; W/D эмульсионное топливо) являются модифицированной альтернативой дизельному топливу, которая содержит до 15% воды. В вододизельных эмульсиях, также известных как водное топливо, капли воды ультразвуком эмульгируются в непрерывную дизельную фазу. Интенсивная ультразвуковая обработка жидкостей приводит к акустической кавитации. Кавитационные силы сдвига разрушают каплю и создают однородную эмульсию из несмешивающихся в противном случае водных и дизельных фаз.

Водная в дизельном топливе эмульсия

WiDE (W/D эмульсия) определяется как смесь естественно несмешивающихся жидкостей капель воды (диспергированная/внутренняя фаза) в дизельном топливе (непрерывная/внешняя фаза). Эмульгатор добавляется в низких концентрациях для улучшения стабильности эмульсий и снижения потребности в энергии смешивания.

двухфазная эмульсия

Двухфазная эмульсия представляет собой смесь воды в дизельном топливе без использования какого-либо поверхностно-активного вещества. В двухфазном двигателе WiDE потоки воды и дизельного топлива подвергаются ультразвуковой эмульгированию непосредственно перед двигателем. Ультразвуковая двухфазная эмульсия «вода в дизельном топливе» поступает непосредственно из ультразвукового проточного реактора в двигатель внутреннего сгорания. Без поверхностно-активного вещества эмульсия предназначена не для хранения, а для непосредственного сгорания.

Тематическое исследование водно-дизельного эмульсионного топлива

Настройка

Ithnin et al. (2018) изучили влияние водоэмульсионного топлива в дизельном топливе (WiDE) на одноцилиндровый дизельный двигатель с непосредственным впрыском. Вода и дизельное топливо хранились в разных блоках, из которых они количественно переносились в систему смешивания. Система смешивания состояла из комбинации смесителя с большими сдвиговыми усилиями и ультразвукового гомогенизатора. Смеситель-ножницы обеспечивал грубое предварительное смешивание воды и дизельного топлива, в то время как ультразвук использовался для получения мелкодисперсной, однородной эмульсии. Водно-дизельную эмульсию готовили из 5% воды. Однородное топливо WiDE напрямую передавалось из смесительной системы в двигатель. Приготовленное топливо WiDE не содержало поверхностно-активных веществ, поэтому его называли долговременно нестабильным эмульсионным топливом (UW/D). Дизельный двигатель испытывался при четырех различных условиях нагрузки (1 кВт (25%), 2 кВт (50%), 3 кВт (74%), 4 кВт (100%)) и с постоянной частотой вращения 3000 об/мин. Чтобы сравнить такие эффекты, как топливные характеристики и выбросы, на одном и том же двигателе были протестированы стабилизированное поверхностно-активным веществом эмульсионное топливо (стабильная эмульсия (SW/D)) и чистое дизельное топливо (D2). 5% воды используется как для нестабильной эмульсии, так и для стабильной эмульсии.

Результаты

Испытания двигателя показали, что водно-дизельное эмульсионное топливо без поверхностно-активных веществ (UW/D) приводит к значительному улучшению работы двигателя с увеличением тепловой эффективности тормозов (BTE) на 3,59% и снижением удельного расхода топлива тормозов (BSFC) на 3,89% по сравнению с чистым дизельным топливом. Эмульсионные топлива, как стабилизированные (SW/D), так и нестабилизированные (UW/D), увеличивали тепловой КПД двигателя за счет явления микровзрыва. Явление микровзрыва вызывает быстрое испарение эмульгированных капель воды. Поскольку мельчайшие капли воды окружены маслом, интенсивный процесс испарения сильно разрушает капли на очень мелкие частицы, что способствует смешиванию воздуха и топлива. Разрушение капель и смешивание с воздухом значительно повышает эффективность сгорания.
Результаты показывают, что концепция производства и передачи водно-дизельного эмульсионного топлива в режиме реального времени в двигатель без использования поверхностно-активного вещества работает очень хорошо. Немедленная передача водно-дизельной смеси, приготовленной ультразвуковым способом, устраняет проблему стабилизации хранящегося эмульсионного топлива, а также зависимость от поверхностно-активного вещества. Нестабильное водно-дизельное эмульсионное топливо (ВВ/Д) надежно сохраняло свою эмульсионную форму, не доходя до стадии осаждения в течение 25 сек (см. рисунок ниже).

Поведение капель ультраэмульгированного топлива в дизельном топливе с течением времени a) 10 с, b) 25 с, c) 50 с и d) 132 с. (увеличение 1000×) – Итнин и др. 2018

По сравнению с чистым дизельным топливом, эмульсионное топливо «вода в дизельном топливе» имеет значительно меньшие выбросы оксидов азота (NOx) и твердых частиц (PM) в выхлопных газах, в среднем на 31,66% и 16,33% соответственно.

В целом, эмульсии, приготовленные ультразвуком – является ли он нестабильным или стабилизированным поверхностно-активным веществом – помогают экономить дизельное топливо, а также снижают выбросы выхлопных газов.
Более экологичные выбросы выхлопных газов и экономия топлива с помощью ультразвука!

Первичное и вторичное распыление в распыляемом пламени эмульгированного топлива.

Эмульсия тройной фазы

Тройная фазовая эмульсия, также известная как трехфазная эмульсия, состоит из воды, масла и поверхностно-активного вещества. Во время ультразвуковой эмульгирования воды в дизельную фазу добавляется поверхностно-активное вещество. Эмульгатор продлевает стабильность эмульсии и позволяет хранить воду в дизельном топливе. Стабильность эмульсии W/D зависит от эмульгатора, параметров ультразвукового процесса и температуры. При правильном сочетании параметров поверхностно-активного вещества и ультразвуковой обработки можно достичь значительной долгосрочной стабильности WiDE.

Установка и дооснащение системы ультразвуковой эмульгации проста, безопасна и недорога. Эмульсионные топлива W/D могут использоваться в сочетании с любыми обычными дизельными двигателями (например, электрогенераторами, железнодорожными двигателями, судовыми двигателями) без модификации.

Что делает топливо WiDE более эффективным? – Феномен микровзрыва

Вода в дизельном топливе состоит из взвешенных частиц воды в непрерывной дизельной фазе. При сгорании мелкие капли воды в эмульсионном топливе достигают своей перегретой стадии быстрее, чем дизельное топливо, и создают разрыв расширения пара (спонтанный взрыв) во время сгорания, создавая очень мелкие частицы. Благодаря увеличенной площади поверхности мельчайших частиц в сочетании с всасываемым воздухом значительно улучшается смешивание воздуха и топлива, что повышает эффективность сгорания. (Иванов, Неведов 1965)

Высокопроизводительные системы ультразвуковой эмульгации

Hielscher Ultrasonics поставляет высокопроизводительные ультразвуковые процессоры для непрерывного производства высококачественных (нано-)эмульсий. Превосходные ультразвуковые характеристики, надежность и малая занимаемая площадь делают ультразвуковые аппараты Hielscher идеальной системой смешивания водо-дизельного эмульсионного топлива. Независимо от того, хотите ли вы производить эмульсионное топливо для непосредственного впрыска в двигатель внутреннего сгорания или стабильное эмульсионное топливо для хранения и последующего сгорания, Hielscher Ultrasonics имеет наиболее подходящую конфигурацию для вашего применения. От небольших ультразвуковых эмульсионных систем для интеграции в железнодорожные локомотивы и суда внутреннего плавания до генерации больших объемов акватоплива для электростанций и огромных морских судов – Наши кластеры ультразвуковых процессоров позволяют перерабатывать эмульсионное топливо любого объема.
Помимо высокой ультразвуковой мощности, надежности и прочности, Hielscher Ultrasonics’ Промышленные ультразвуковые процессоры можно точно контролировать и контролировать. Датчики температуры и давления передают данные на генератор, где все важные параметры процесса, такие как амплитуда, чистая и общая энергия, температура и давление, записываются на встроенную SD-карту. Интеллектуальное программное управление позволяет устанавливать и задавать точные технологические параметры для стандартизированного эмульсионного топлива неизменно высокого качества. Реактор с рубашкой из ультразвука может быть эффективно охлажден и позволяет обрабатывать эмульсию при заданных температурах. Надежность нашего ультразвукового оборудования позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: