科研人员研究生物燃料中的气泡以提高发动机效率 2024-05-21 

  

  图片展示了多个飞秒激光脉冲的相互作用如何在柴油液滴中形成气泡。高速摄像机记录了这一过程。

  通过研究气泡如何在一滴生物柴油中形成,可以帮助未来的发动机从燃料中获得最大能量。
  在内燃机中,燃料以小液滴的形式分布在喷射阀中,以实现最大程度的燃烧。
  在发动机中,燃料液滴受压变成气体并燃烧。气体形成后,油滴内部会产生气泡,哥德堡大学的研究人员正是利用飞秒激光对这些气泡进行了研究。
  “气泡对生物柴油在发动机中的雾化有很大影响。因此,我们的研究对于解决生物柴油发动机效率的基本问题非常重要,”哥德堡大学达格·汉斯托普(Dag Hanstorp)教授与共同领导这项研究的尤格什瓦尔·纳特·米什拉(Yogeshwar Nath Mishra)博士说。
  研究人员正试图了解气泡是如何以及何时在燃料液滴中形成的。从长远来看,这些知识可以帮助开发出比现在燃烧效率更高的发动机,从而减少对环境有害的排放。
  米什拉说:“生物柴油的研究对于我们从化石燃料过渡到应对气候变化至关重要。在发动机中,气泡会影响燃料燃烧,并导致形成较大的液滴,而这些液滴不会完全蒸发和燃烧,从而导致排放增加。”
  研究发动机喷射阀中气泡的形成非常困难,因为其结构是在金属体内形成狭窄的通道。
  但利用最新技术,物理学家可以在实验室中建立一个实验,让他们能够研究一毫米大小的生物柴油液滴的形成过程。
  首先,利用驻留声波使燃料液滴悬浮起来,即被困在空气中。然后,使用飞秒激光为液滴通电,将光能聚焦在液滴内部的一个点上,时间很短,100飞秒,即10-13秒。这就形成了气泡,研究人员使用高速摄像机对气泡的数量、生长和精细分布进行了研究。
  发表在《自然科学报告》(Nature Scientific Reports)上的这一研究成果提供了对气泡形成现象的重要见解,这不仅有助于开发更高效的燃料和内燃机。
  汉斯托普说:“气泡的形成在化学工程(如碳酸饮料)、超声波成像、用于热传递的沸腾过程以及水体气体释放和云的形成等过程中都非常重要。但我们所取得
  的只是基础研究成果。在投入使用之前,仍有许多开发工作要做。”(逸文