Исследователи изучают левитирующие дизельные и биодизельные капли для более эффективных биодвигателей

Картинки показывают, как пузырьки образуются в дизельной капельке через взаимодействие множества фемтосекундных лазерных импульсов.Процесс задокументирован в высокоскоростной камере.Кредит: Йогешвар Нат Мишра/Университет Гетеборга

Изучая, как пузырьки образуются в капле биодизеля, исследователи из Гетеборгского университета могут помочь будущим двигателям получить наибольшую энергию от топлива.

В двигателе внутреннего сгорания топливо распределяется в небольших капель в инъекционных клапанах, чтобы максимизировать сгорание.

В двигателе капли топлива оказываются под давлением, чтобы превратиться в газ и сжигать.Когда формируется газ, пузырьки образуются внутри капель, и именно они исследователи из Университета Гетеборга изучали с использованием фемтосекундных лазеров.

«Пузыри оказывают значительное влияние на распыление биодизеля в двигателях. Поэтому наше исследование очень важно для решения фундаментальных вопросов о эффективности биодизельного двигателя», - говорит доктор Йогешвар Нат Мишра, который руководил исследованием в университетеГетеборг вместе с профессором Дагом Хансторпом.

Исследователи пытаются понять, как и когда пузырьки образуются в топливных капель.В долгосрочной перспективе эти знания могут привести к разработке более эффективного двигателя, который сжигает больше топлива, чем сегодня, что приведет к менее вредным экологически чистым выбросам.

«Исследования биодизеля имеют решающее значение в нашем переходе от ископаемого топлива к борьбе с изменением климата. В двигателях пузырьковое сжигание влияет на сжигание топлива и способствует формированию более крупных капель, которые не испаряются и не сжигают полностью, что приводит к увеличению выбросов», - говорит доктор Нат.Мишра.

Капля левитируется акустически

Изучить образование пузырьков в клапанах впрыска двигателя сложно из -за их структуры, с узкими каналами в металлических телах.Но с помощью новейшей технологии физики могут организовать эксперимент в лаборатории, который позволяет им изучать процесс в капле биодизеля размером миллиметром.Во -первых, топливная капля левитируется, то есть в ловушке в воздухе, используя стоящую звуковую волну.

«Затем мы зарядим каплю с помощью нашего фемтосекундного лазера, который фокусирует световую энергию в точке внутри капли в течение очень короткого времени, 100 фемтосекунд, 10-13 секунд. Это образует пузырьки газа, количество, рост и тонкое распределение которыхизучаются с использованием высокоскоростной камеры »,-объясняет Хансторп, профессор физики в Гетеборгском университете.

Много приложений

Результаты, опубликованные в Scientific Reports, дали значительное представление о явлении образования пузырьков, которое не только полезны при разработке более эффективных видов топлива и двигателей сгорания.

«Образование пузырьков важна в таких отраслях, как химическая инженерия, например, газированные напитки, ультразвуковая визуализация, процессы кипения для теплопередачи и такие процессы, как выпуск газа из водоемов и формирование облаков. Но мы достигли основных исследований. Все еще естьМного разработки, которые должны быть сделаны, прежде чем его можно будет использовать », - говорит Хансторп.

Больше информации: Вишал С. Джагадейл и др., Динамика пузырьков и атомизация акустически левитированных дизельных и биодизельных капель с использованием фемтосекундных лазерных импульсов, научные отчеты (2024).Doi: 10.1038/s41598-024-57802-8