Nhũ tương siêu âm cho nước-trong-diesel đốt

Siêu âm emulsification của nước trong diesel

Nhũ tương nước trong diesel (WiDE; W/D nhiên liệu nhũ tương) là một thay thế nhiên liệu diesel sửa đổi, trong đó chứa đến 15% nước. Còn được gọi là nhiên liệu thủy điện, trong nhũ tương nước diesel, những giọt nước siêu âm được nhũ hóa thành giai đoạn diesel liên tục. Sonication dữ dội của chất lỏng tạo ra cavitation âm thanh. Lực cắt Cavitational phá vỡ giọt và tạo ra một nhũ tương đồng nhất của các giai đoạn nước và động cơ diesel không có trộn lẫn.

Nhũ tương nước trong diesel

WiDE (nhũ tương W/D) được định nghĩa là sự pha trộn của các chất lỏng không trộn lẫn tự nhiên của các giọt nước (phân tán/pha bên trong) trong dầu diesel (pha liên tục/bên ngoài). Một tác nhân nhũ hóa được thêm vào ở nồng độ thấp để cải thiện sự ổn định nhũ tương và giảm yêu cầu năng lượng trộn.

Nhũ tương hai pha

Một nhũ tương hai pha mô tả hỗn hợp của nước trong dầu diesel mà không cần sử dụng bất kỳ chất hoạt động bề mặt nào. Đối với hai giai đoạn rộng, nước và động cơ diesel cho ăn luồng được ultrasonically nhũ hoá phải trả trước của công cụ. Nhũ tương siêu âm hai pha nước trong diesel đi trực tiếp từ lò phản ứng dòng chảy siêu âm vào động cơ đốt. Nếu không có bề mặt, nhũ tương không được làm cho lưu trữ, nhưng để đốt trực tiếp.

Nghiên cứu trường hợp nhiên liệu nhũ tương nước-diesel

Thiết lập

Ithnin et al. (2018) nghiên cứu tác dụng của nhiên liệu nhũ tương nước trong diesel (WiDE) trên một xi lanh đơn, động cơ diesel tiêm trực tiếp. Nước và dầu diesel đã được lưu trữ trong các đơn vị khác nhau, từ đó họ đã được định lượng chuyển vào một hệ thống trộn. Hệ thống trộn bao gồm trong một sự kết hợp của máy trộn cắt cao và homogenizer siêu âm. Máy trộn cắt cung cấp một hỗn hợp thô trước nước và dầu diesel, trong khi sonication được sử dụng cho một nhũ tương có kích thước nhỏ, đồng đều. Nhũ tương nước-diesel đã được chuẩn bị với 5% nước. Các nhiên liệu rộng đồng nhất đã được chuyển trực tiếp từ hệ thống trộn vào trong động cơ. Nhiên liệu rộng chuẩn bị không chứa bất kỳ chất hoạt động bề mặt nào, do đó được gọi là nhiên liệu nhũ tương không ổn định dài hạn (UW/D). Động cơ diesel đã được thử nghiệm dưới bốn điều kiện tải trọng khác nhau (1 kW (25%), 2 kW (50%), 3 kW (74%), 4 kW (100%)) và với tốc độ không đổi là 3000 rpm. Để so sánh các hiệu ứng như hiệu suất nhiên liệu và khí thải, một nhiên liệu nhũ tương có tính ổn định bề mặt (nhũ tương bền (SW/D)) và nhiên liệu diesel gọn gàng (D2) cũng được thử nghiệm trên cùng một động cơ. 5% nước được sử dụng cho cả nhũ tương không ổn định và nhũ

Các kết quả

Các thử nghiệm động cơ cho thấy rằng nhiên liệu nhũ tương nước diesel mà không có bề mặt (UW/D) kết quả trong cải thiện đáng kể của động cơ với sự gia tăng 3,59% trong hiệu suất nhiệt phanh (BTE) và giảm 3,89% trong phanh tiêu thụ nhiên liệu cụ thể (BSFC) so với nhiên liệu diesel gọn gàng. Các nhiên liệu nhũ tương, cả hai ổn định (SW/D) và không ổn định (UW/D), tăng hiệu quả nhiệt của động cơ do hiện tượng vi nổ. Hiện tượng vi nổ gây ra sự bốc hơi nhanh chóng của các giọt nước nhũ hóa. Kể từ những giọt nước nhỏ được bao quanh trong dầu, quá trình bay hơi dữ dội làm gián đoạn những giọt dữ dội vào các hạt rất tốt, trong đó thúc đẩy sự pha trộn của không khí và nhiên liệu. Sự gián đoạn giọt và trộn với không khí làm tăng hiệu quả đốt cháy đáng kể.
Kết quả cho thấy khái niệm sản xuất và chuyển giao nhiên liệu nhũ tương nước-diesel trong thời gian thực vào động cơ mà không sử dụng bề mặt hoạt động rất tốt. Việc chuyển giao ngay lập tức của hỗn hợp nước-diesel chuẩn bị ultrasonically loại bỏ vấn đề ổn định cho nhiên liệu nhũ tương được lưu trữ cũng như sự phụ thuộc vào chất hoạt động bề mặt. Nhiên liệu nhũ tương diesel không ổn định (UW/D) duy trì đáng tin cậy dạng nhũ tương của nó mà không tiếp cận với giai đoạn lắng đọng trong vòng 25sec (xem hình dưới đây).

Các hành vi của các nhiên liệu nhũ tương siêu âm nhũ tương hóa học trong diesel theo thời gian a) 10 s, b) 25 s, c) 50 s và d) 132 s. (độ phóng đại 1000 ×) – Ithnin et al. 2018

Khi so sánh với nhiên liệu diesel gọn gàng, nhiên liệu nhũ tương nước trong diesel có giảm đáng kể lượng khí thải nitơ oxit (NOx) và vật chất dạng hạt (PM) với mức giảm trung bình 31,66% và 16,33% tương ứng.

Tổng thể, nhũ tương ultrasonically chuẩn bị – có thể instable hoặc ổn định bởi bề mặt – giúp tiết kiệm nhiên liệu diesel, và giảm phát thải khí thải.
Greener xả khí thải và tiết kiệm nhiên liệu với Ultrasonics!

Atomisation tiểu học và thứ cấp trong ngọn lửa phun nhiên liệu nhũ tương.

Pha nhũ tương giai đoạn ternary

Nhũ tương giai đoạn ternary, còn được gọi là nhũ tương ba pha, bao gồm trong nước, dầu và một chất hoạt tính bề mặt. Trong quá trình nhũ tương siêu âm của nước vào giai đoạn diesel, một chất hoạt động bề mặt được thêm vào. Tác nhân nhũ hóa kéo dài độ ổn định của nhũ tương và cho phép lưu trữ nhiên liệu trong nước-diesel. Sự ổn định nhũ tương W/D phụ thuộc vào chất nhũ hóa, các thông số quá trình siêu âm và nhiệt độ. Với sự kết hợp quyền của các thông số bề mặt và sonication, một sự ổn định lâu dài đáng kể của WiDE có thể đạt được.

Việc cài đặt và retro-fitting của một hệ thống siêu âm nhũ tương là đơn giản, an toàn và rẻ tiền. Nhiên liệu nhũ tương W/D có thể được sử dụng kết hợp với bất kỳ động cơ diesel thông thường nào (ví dụ, máy phát điện, động cơ đường sắt, động cơ tàu) mà không sửa đổi.

Điều gì làm cho nhiên liệu rộng hiệu quả hơn? – Các vi nổ hiện tượng

Nhiên liệu nhũ tương nước trong diesel bao gồm các hạt nước bị đình chỉ trong giai đoạn diesel liên tục. Khi cháy, các giọt nước có kích thước nhỏ trong nhiên liệu nhũ tương đạt đến giai đoạn siêu nóng của chúng nhanh hơn so với động cơ diesel và tạo ra một sự phá vỡ mở rộng hơi (nổ tự phát) trong quá trình đốt cháy, tạo nên các hạt rất mịn. Do diện tích bề mặt tăng lên của các hạt phút kết hợp với không khí uống, không khí và nhiên liệu trộn được cải thiện đáng kể và tăng do đó hiệu quả đốt cháy. (Ivanov, Nevedov 1965)

Hệ thống emulsification siêu âm hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics cung cấp bộ vi xử lý siêu âm hiệu suất cao để sản xuất liên tục nhũ tương chất lượng cao (Nano-). Hiệu suất siêu âm vượt trội, mạnh mẽ, và một dấu chân nhỏ làm cho Hielscher Ultrasonicators hệ thống trộn lý tưởng cho các nhiên liệu nhũ tương nước trong diesel. Thời tiết bạn muốn tạo ra nhiên liệu nhũ tương để tiêm trực tiếp vào động cơ đốt hoặc nhiên liệu nhũ tương ổn định để lưu trữ và đốt sau đó, Hielscher Ultrasonics có thiết lập phù hợp nhất cho ứng dụng của bạn. Từ các hệ thống nhũ tương siêu âm nhỏ hơn để tích hợp trong đầu máy xe lửa và tàu biển nội địa đến thế hệ khối lượng nhiên liệu thủy điện lớn cho cây năng lượng và tàu biển lớn – cụm bộ vi xử lý siêu âm của chúng tôi cho phép xử lý nhiên liệu nhũ tương của bất kỳ khối lượng nào.
Bên cạnh đầu ra siêu âm cao, độ tin cậy và mạnh mẽ, Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp có thể được kiểm soát và giám sát chính xác. Cảm biến nhiệt độ và áp suất truyền dữ liệu cho máy phát, trong đó tất cả các thông số quá trình quan trọng như biên độ, net và tổng năng lượng, Nhiệt Ðộ và áp suất được ghi lại trên một thẻ SD tích hợp. Điều khiển phần mềm thông minh cho phép thiết lập và thiết lập các thông số quy trình chính xác cho một nhiên liệu nhũ tương liên tục chất lượng cao. Lò phản ứng dòng siêu âm có thể được làm lạnh hiệu quả và cho phép xử lý nhũ tương ở nhiệt độ được chỉ định. Mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của chúng tôi cho phép 24/7 hoạt động ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi.
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: