Spray characterization for water-in-diesel emulsions

Abstract

As we consider the pollutions caused by combustion engines, they have a big impact on several problems like global warming, acid rain, etc. Engineers and scientists are willing to control the pollutants and to reduce them as low as possible. There are some possible solutions to reduce environmental problems such as diesel particulate filters, high pressure fuel injection equipment, and sophisticated piezo injectors and associated control systems. However, all mentioned solutions need a modification on the current engine system to be used. Because of high costs of modification, recently, fuel-based solutions are more popular. This study investigates one of the possible fuel-based solutions which is water-in-diesel emulsions. Through the work, spray characteristics such as spray penetration and spray angle have been examined and compared with neat diesel spray. In order to achieve the purpose of this research, experiments have been carried out in a constant volume combustion chamber and all have been recorded by the help of a high-speed camera. A Matlab algorithm has been developed to analyse the recorded data. It was found that, due to lower volatility of the water, water-in-diesel emulsion has longer and wider spray when compared to neat diesel spray. According to the literature, this results in better fuel-air mixing for combustion process, hence cleaner exhaust gas.

Yanma motorlarından kaynaklanan çevre kirlilikleri düşünürsek, küresel ısınma, asit yağmurları gibi birçok problemler üzerinde büyük etkileri var. Mühendisler ve bilim insanları çevre kirliliklerini kontrol etmek ve onları olabildiğince azaltmayı istiyorlar. Çevresel problemleri azaltmanın dizel partikül filtresi, yüksek basınçlı yakıt enjeksiyon ekipmanları, ve piezo enjektörler ve ilgili kontrol sistemleri gibi olası çözümleri var. Fakat, bütün bahsedilen çözümlerin kullanılabilmesi için mevcut motor sisteminde modifikasyon yapılması gerekir. Modifikasyonun yüksek maliyetleri yüzünden, son zamanlarda, yakıt-bazlı çözümler daha popülerdir. Bu çalışma yakıt-bazlı çözümlerden bir tanesi olan su içeren dizel emülsiyonlarını inceler. Çalışma boyunca, sprey uzunluğu ve sprey açısı gibi sprey karakterizasyonları incelendi ve saf dizel sprey ile karşılaştırıldı. Çalışmanın amacını başarabilmek için, sabit hacimli yanma odasında deneyler gerçekleştirildi ve hepsi yüksek hızlı kamera yardımı ile kaydedildi. Kaydedilen datayı analiz edebilmek için bir Matlab algoritması geliştirildi. Suyun alçak uçuculuğundan ötürü, su içeren dizel emülsiyonu saf dizel spreyi ile kıyaslandığında daha uzun ve daha geniş spreye sahip olduğu bulunmuştur. Literatüre göre, bu durum yanma prosesi için daha iyi yakıt-hava karışımı ile sonuçlanır, böylelikle daha temiz eksoz gazı oluşur.