Yeni optik ekipman: yakıttan tasarruf etmeye ve kirletici emisyonları azaltmaya yardımcı olun!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Sandia Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, araştırmacıların yanan yakıt spreyindeki kirleticileri görüntülemelerine yardımcı olacak ve gelecekte gökyüzünü daha net hale getirecek yeni bir optik cihaz türü icat etti.
Anahtar kelime
Optik, görüntüleme, çevre koruma
arka fon
Gelecekte, yakıt rezervlerinden ödün vermeden partikül madde emisyonlarının ihtiyaçlarını karşılamak için, motor geliştiricilerinin alevde kurum oluşumunu azaltmak için gelişmiş yanma stratejilerine ihtiyaçları vardır. Bu nedenle araştırmacılar, başlangıçtan itibaren sıvı yakıt spreyinin motordaki yanmasını incelemeye odaklandılar. Bununla birlikte, oradaki basınç ve sıcaklık ortamı çok aşırıdır ve bu, optik araştırma için son derece zordur. Motordaki sıcaklık ve basınç durumunda, "kiriş yönlendirme" adı verilen bir fenomen nedeniyle alevleri görüntülemek çok zordur.
Işın yönlendirme, ışık değişen kırılma indisine sahip bir ortamdan geçtiğinde meydana gelir. Genellikle yaz aylarında otoyolda bir "serap" görülmesi bir tezahürdür. Sıcak yol yakındaki havayı ısıtır ve kırılma indisinde bir değişikliğe neden olur. Soğuk havadan sıcak havaya geçerken güneş ışığının yönü değişir, bu ışık ışınları bize yolda su olduğunu hissettirir (bir tür yanılsama).
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Bu yönteme benzer şekilde alev, bitişik yüksek ve düşük sıcaklık bölgelerinden dolayı ışının dönmesine de neden olacaktır. Yüksek basınç nedeniyle, bu kiriş direksiyonunun derecesi motorda önemli ölçüde artar.
Yenilikçilik
Bununla birlikte, optimize edilmiş aydınlatma ve görüntüleme optik ekipmanı sayesinde, huzme yönlendirmenin etkisi ortadan kaldırılacaktır. Optik cihaz, Sandia'nın Yanma Araştırma Tesisi (Sandia'nın Yanma Araştırma Tesisi) ve Danimarka Teknik Üniversitesi (Danimarka Teknik Üniversitesi) araştırmacıları tarafından geliştirildi. Artık çeşitli yanma süreçleri için zaman ve mekanın bir fonksiyonu olarak kurum oluşumunu (esas olarak karbondan oluşan partikül madde) ölçebilirler.
(Resim kaynağı: Dino Vournas)
Sandia Ulusal Laboratuvarı'nda araştırmacı olan Scott Skeen şunları söyledi:
"Elde edilen veriler, yakıt püskürtme hareketinin ve çeşitli koşullar altında oluşan kurumun zaman ve miktarının derinlemesine anlaşılması için çok önemlidir. Motor geliştiricileri bu bilgileri bilgisayar modellerini doğrulamak ve gelişmiş motor yanma stratejileri tasarlamak için kullanabilir. Egzoz kirletici emisyonları azaltırken tüketiciler için yakıt maliyetlerini artırın. "
Bu araştırma, Applied Optics dergisinde "Yüksek geçici olarak çözümlenmiş sönme görüntülemesi için dağınık arka aydınlatma kurulumu" başlıklı makale ve Temmuz'da Optical Society'nin "Optical Highlights" olarak seçildi. Yazarlar arasında Danimarka Teknik Üniversitesi'nden Fredrik Westlye ve Anders Ivarsson'ın yanı sıra Sandia Ulusal Laboratuvarı'ndan Keith Penney, Lyle Pickett ve Skeen ve Sandia Ulusal Laboratuvarı'nın eski bir araştırmacısı olan Julien Manin yer alıyor. Araştırma, ABD Enerji Bakanlığı Araç Teknolojisi Ofisi tarafından finanse edildi.
teknoloji
Optik cihaz, Sandia Ulusal Laboratuvarı'nın optik olarak erişilebilir, sabit hacimli, ön yanma odası tarafından üretilen yüksek basınçlı jet altında oluşan kurumun miktarını belirlemek için geliştirildi.
(Resim kaynağı: Sandia Ulusal Laboratuvarı)
Bu özel aydınlatma, Sandia Ulusal Laboratuvarı jet brülör penceresini (4 inç veya 100 mm) doldurmaya yetecek büyüklükte, özel olarak tasarlanmış bir difüzörden geçer. Yapay olarak tasarlanmış bu difüzörler, özellikle belirtilen açısal aralık içinde aynı parlaklıkta alevleri yaymak için kullanılır. Bu şekilde, bir ışık demetinin alevden geçerken dönmesi, aynı yoğunluktaki başka bir ışık demeti ile değiştirilecektir.
Mühendislik difüzörünün açısı, deneysel cihazın fiziksel boyutuna, beklenen huzme yönlendirmesinin derecesine ve görüntüleme sisteminin toplama açısına göre optimize edilebilir. Manin şunları söyledi:
"Aslında, özel bir optik cihaz olmadan, duman ve tozu yüksek basınçlı püskürtücünün (ışın yönlendirmesinin çok şiddetli olduğu) ışık zayıflaması yoluyla ölçmek imkansızdır."
Bu araştırmada geliştirilen optik teknoloji, alevdeki duman miktarını ölçmek için ışığın zayıflatılmasına veya ortadan kaldırılmasına dayanır. Işık, yanan kaba girdiğinde, kurum parçacıkları tarafından emilecek veya saçılacaktır. Emilen veya dağılan ışığın bir kısmı kamera sensörüne girmeyecektir. Temiz bir optik yola göre ışık yoğunluğunun bu ölçülebilir zayıflaması, duman ve toz miktarıyla ilişkili olacaktır.
(Resim kaynağı: Sandia Ulusal Laboratuvarı)
değer
Skeen, yeni dizel otomobillerin geçmişe göre daha temiz olmasına rağmen, en yeni nesil yakıt motorlarının bazılarının eski yakıt motorları kadar partikül madde yaydığını açıkladı. Partikül maddesindeki bu özel artış, benzinli doğrudan enjeksiyonlu yakıt sistemlerinin kullanımına atfedilebilir, ancak bu sistem yakıt ekonomisini iyileştirir ve mil başına karbondioksit emisyonlarını azaltır.
Silindir içi benzin direkt enjeksiyonu, yakıtı silindirin dışındaki giriş portunda karıştırmak ve buharlaştırmak yerine, yüksek basınçlı sıvı benzinin doğrudan motor silindirine enjeksiyonunu içerir. Bu yöntem ısı kaybını azaltır ve daha fazla serbest hava akışı sağlar. Bununla birlikte, benzin istasyonlarındaki tüketiciler için tasarruf, daha yüksek partikül emisyonları pahasına gelir. Eski moda motorların yaydığı tartışmalı siyah dumanın aksine, benzin silindirlerinde direkt enjeksiyonlu motorlar tarafından yayılan kurum, partiküller çok küçük olduğu için çıplak gözle görülemez.
Bu makaledeki teşhis yöntemi, araştırmacıların yanma spreyinde partikül madde oluşumunu ölçmek için benzeri görülmemiş zamansal ve uzamsal çözünürlüğü kullanmalarına izin verir. Bu teşhis yöntemi kullanılarak elde edilen veriler ve analiz, araştırmacıları ve otomobil üreticilerini, zararlı egzoz emisyonlarını en aza indirirken yakıt verimliliğini en üst düzeye çıkarma hedefine doğru tasarımlarını iyileştirmeleri için bilgilendirecek ve yönlendirecektir.
Bu araştırma, 2010 yılında Pickett tarafından oluşturulan motor yanma ağına özellikle önemli bir katkı yaptı. Bu ağ, küresel motor araştırmacılarının işbirliğini teşvik etmektedir. Gönüllü katılım olmasına rağmen, ağ özel bir mali destek sağlamamaktadır ve 15'ten fazla araştırma kurumu veri katkısında bulunmuştur. Pickett şunları söyledi:
"Bu tür bir ağ, taban hareketinin büyük gücünü temsil ediyor. 20 yıllık araştırmayı beşte birinde tamamladık."
Bu tür ağlarda kapsamlı işbirliğinin zorluklarından biri, laboratuvar teşhisinin standartlaştırılmasıdır. Pickett şunları söyledi:
"Katılmak isteyen pek çok araştırmacı varken, en önemli şey herkesin teknik olarak yüksek kaliteli verilere katkıda bulunabilmesini sağlamaktır."
Bu teşhis cihazının uygulanmasını ağ katılımcıları için daha uygun hale getirmek amacıyla, ilgili yayınlar gerekli ekipman için ayrıntılı yönergelerin yanı sıra aydınlatma kaynaklarını ve yoğunlaştırma sistemlerini ayırma talimatlarını sağlar. Sandia Ulusal Laboratuvarı tarafından geliştirilen LED ışık kaynağı, lazer ışık kaynağının tersidir ve maliyet ve karmaşıklık önemli ölçüde azalacaktır. Westlye şunları söyledi:
"Bu araştırma, ağa sunulan deneysel ölçümlerin güvenilirliğini ve tekrarlanabilirliğini artıracak olan nesli tükenme görüntülemesi için standart bir deneysel yöntem oluşturmaya adanmıştır."
Referans
[1] https://share-ng.sandia.gov/news/resources/news_releases/engine_diagnostics/
2 Fredrik R. Westlye, Keith Penney, Anders Ivarsson, Lyle M. Pickett, Julien Manin, Scott A. Skeen. Yüksek geçici çözümlü söndürme görüntüleme için dağınık arka aydınlatma kurulumu Uygulamalı Optik, 2017; 56 (17): 5028 DOI: 10.1364 / AO.56.005028
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
