Акустическая паровая внутрикапельная кавитация — новое направление для создания эффективных энергосберегающих и экологически чистых технологий

Известно, размер зародышей кавитации на несколько порядков меньше размеров капель образующихся при распыливании жидкости. Это открывает возможность осуществить в каплях процесс акустической кавитации. Основным достоинством этого процесса является получение высоких плотностей энергии в единице объема при относительно малых затратах на создание акустических колебаний. Известно, что при кавитации имеют место мощные тепловые, гидродинамические, электрические и другие явления в условиях близких к низкотемпературной плазме.

На кафедре судовых двигателей внутреннего сгорания Новосибирской государственной академии водного транспорта в этой области выполнен комплекс научных исследований.

Теоретически исследован, экспериментально подтвержден и практически осуществлен процесс акустической паровой кавитации внутри капель распыленного топлива. Разработаны теоретические основы процесса тепломассообмена капель жидкости взвешенных в осциллирующей газовой среде. Выполнены численные исследования процесса роста зародыша в капле. Определено, что газодинамические колебания интенсивностью более 120 дБ интенсифицируют процессы испарения и горения капельной взвеси.

Исследования показали, что при преодолении кавитационного порога, в каплях углеводородного топлива происходят явления, приводящие к их мгновенному разрушению в результате объемного микровзрыва. Вслед за этим, в нагретой газовой среде происходят процессы крекинга жидких углеводородов и их газификация. Хроматографический анализ полученной газовой смеси определил, что основными компонентами являются водород, метан, этан, этилен, пропилен.

Экспериментальные исследования проводились на специальных опытных установках и моделях. На них изучалось действие осцилляций нагретой газовой среды различной мощности на процессы тепломассообмена в неподвижной капле и в струе распыленного топлива. На основе полученных теоретических и экспериментальных данных были спроектированы, изготовлены и испытаны дизель с камерой сгорания содержащий газоструйный излучатель газодинамических колебаний и опытный образец судового кавитационного газового генератора.

Определены основные направления практического использования полученных результатов:

1. Химическая промышленность: Полученные в кавитационном газовом генераторе этилен и пропилен, относятся к непредельными углеводородам, и являются ценным сырьем для химической промышленности. Преимуществом способа получения низших олефинов при помощи кавитации является возможность их производства из низкокачественного тяжелого углеводородного сырья при температурах на 200-400 градусов ниже, чем при традиционном процессе пиролиза.
2. Двигателестроение.

• Осуществление процесса акустической внутрикапельной кавитации в цилиндре дизеля делает возможным использование в качестве топлива тяжелых низкокачественных углеводородных фракций в высокооборотных дизелях без ухудшения их экологических показателей.
• Применение водородосодержащих газов, полученных из углеводородного сырья утяжеленного фракционного состава, в качестве топлива или присадки к воздуху значительно снижает концентрацию вредных выбросов отработавших газах дизелей без внесения существенных изменений в конструкцию двигателей.
• Кавитационный газовый генератор, в дополнение к своему основному назначению, может быть использован как источник электрической энергии.

Следует также отметить, что применение в качестве сырья жидких углеводородов утяжеленного фракционного состава, которые имеют низкую стоимость, может дать значительный экономический эффект.

Результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях различного уровня и опубликованы в печати.

Способ и устройство для переработки жидкого углеводородного сырья и камеры сгорания дизеля защищены патентами и авторскими свидетельствами.

Дата публикации: 28.02.2012

Похожие записи:

• Каталитическая интенсификация процессов переработки возобновляемого растительного сырья в биотоплива
• Комплексное использование германий содержащих углей с получением исходного сырья для производства солнечных батарей
• Дожигание анодного газа алюминиевого производства в автономной установке
• Повышение энергоэффективности производства чугуна и ферросплавов при использовании карельского шунгита
• Повышение безопасности конструктивных элементов энергетических установок при циклических нагрузках
• Повышение энергоэффективности металлургического оборудования за счет применения многофазных асинхронных электромеханических систем