第一章绪论
1.1功率超声技术的现状和展望
1.燃油掺水超声乳化
燃油掺水超声乳化就是利用外界能量和超声空化的作用,将水珠破碎并均匀分布于油中,形成油包水型乳液,可以减少或不使用乳化剂,就能生产稳定的乳化油。若应用乳化油,则会起到节能和减少环境污染的效果。
2.超声除灰
超声除灰技术是利用超声发生器,把调制高压气流产生的强声波,馈入炉内除灰空间。相对于传统的方法,如高压蒸汽吹灰器,超声除灰器的作用范围大,传播损耗小,并且不会引起锅炉爆管。分析其原因,主要在于:(1)超声除灰器输出能量的载体是“声波”,通过声场与换热器表面的灰渣进行能量交换,其作用力为“交流量”;而高压蒸汽吹灰器输出能量的载体是“蒸汽射流”,靠“蒸汽射流”的动量直接打击热器表面上的灰尘和结渣,其作用力为“直流量”;比较而言,“交变”的作用力更容易使灰渣脱落。(2)高压气流除灰器的射流压力按喷射距离的反平方衰减,而声波的交变压力按传播的反一次方衰减
二、功率超声技术在其它行业的应用
有人发现,在空气环境或充入空气条件下,OH自由基的声化学产额会增大;也有人发现,声化学产额随辐照时间呈线性变化,并且双频辐照同样会使声化学产额增加。除此之外,声化学产额随声强呈非线性变化,并且混响声场可为声化学反应带来很大的好处。这不仅引起学术界的关注,也激起了企业界的强烈兴趣。功率超声还有许多其他应用,尤其是新技术开发,例如超声马达、超声悬浮等,都受到各先进国家的重视。
1.2超声乳化的理论基础及应用现状
Soollner等在定性定量地分析乳化过程的基础上,得出超声空化是油一水乳化的必备条件之一这样的结论;Marinesco从他的雾化研究中提出超声乳化可能是由于表面波的不稳定性所引起的;Faikin提出另一个可能引起乳化的原因是超声作用下所引起的微冲流
(l)空化机理
声空化就是指液体中的微小泡核在声波作用下被激活,表现为泡核的振荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程。在分析声压场气泡特性的基础上,Soollner得出超声空化机理,即当超声频率。(气泡自然频率)时,气泡以一定幅度按近似正弦振荡;当。时,气泡则在瞬间压力减小时增大尺寸,在气泡破裂瞬间,质点速度可达超声速并产生冲击波而促使棍合液乳化。国内汪承浩、张德俊等用高速摄影法证明乳化是在空化气泡闭合瞬间开始时发生的[51。另外乳化也可能是由
第二章燃油掺水超声乳化技术基础研究
2.1超声乳化工作参数
考虑到声频范围内噪音较大,所以压电换能器一般不采用低于20KHz的声频。相对于泵、电机等的噪音来说,直接浸入被处理液体中的簧片哨本身的噪音问题并不突出,更主要的是在声频范围,簧片哨才能取得较大的声强,具有较佳的工作稳定性。因此,簧片哨通常工作在声频范围内,这样就可降低对零件加工精度和工业应用的要求。实验研究发现,双频辐照产生的声化学产额远远大于两个单频分别辐照产额之和,如图2.1所示。图中,上面的一条实线是艺单独作用的结果,下面的一条实线是28KHz与1.06加任合作用的结果,中间的一条虚线是两者单独作用的代数和。这种现象的产生原因可能有两种:一是合作用增强了样品的机械扰动,使更多的空气能从样品表面进入而使空化核增多,致使空化效应增强;二是1.06MHz加入后可使能参与空化的空化核增加。在双频超声作用下,在空化过程中各自空化泡内爆时,会产生许多新的空化核,这些空化核不仅贡献于该频率的自身再空化,同时也可能为另一频率的空化提供更多的空化核,从而使空化效应增强,即表现为声化学产额提高
2.2超声乳化工艺流程及工艺条件的选取
从燃烧理论上分析知重油燃烧的好坏,主要取决于油的雾化程度,用超声波乳化掺水重油后,水呈微小的水珠均匀地分散在油中,使大量微小油珠包围在微小水珠的外层,形成油包水的乳化液,当这些极微小的油包水珠在炉内高温作用下,油珠内的水迅速升温而气化,升压后油滴膨胀再爆,达到二次雾化,同时油雾更容易分散,并且增大了油雾在炉内与氧的接触面,使燃烧更完全。据资料分析,重油掺水前后两者炉膛内炉气温度差,其主要原因是燃料燃烧充分,使炉膛温度升高,从而增加了锅炉出力,提高了热效率。综上所述,在燃油锅炉中应用超声波乳化的掺水油燃烧后
1.1功率超声技术的现状和展望…………l
1.2超声乳化的理论基础及应用现状………4
1.3论文工作的内容安排及要求………6
第二章燃油掺水超声乳化技术基础研究………8
2.1超声乳化工作参数………8
2.2超声乳化工艺流程及工艺条件的选取………10
2.3乳化燃烧机理的计算简析………12
2.4超声乳化技术在燃油锅炉上的应用分析………13
2.5重油掺水超声乳化系统设计方案………14
结论
论文作者有幸参加了燃油掺水超声乳化燃烧课题组的研究工作,从中开展了超声发生器的研制工作,为燃油掺水超声乳化燃烧的研究提供了一套超声乳化装置,并对乳化油的燃烧机理进行了深入研究,用炯方法建立了比较完善的燃烧计算模型。纵观全文,主要有以下工作或结论:
1.用能量平衡法和炯方法分析出:在燃油锅炉上应用超声乳化技术,能改善燃烧条件、提高能量效率和烟效率,达到了节能和保护环境的功效。
2.分析并介绍了超声乳化用的换能器类型及其工作参数和超声乳化的工艺流程及其工艺条件,并针对重油乳化技术不能长期坚持使用这一现状,提出了一种重油掺水乳化微机自动控制系统。
3.在分析、比较相关元器件性能的基础上,设计并调试了超声发生器的软、硬件电路。该电路可以输出20一38KHz的方波、转换约300w的功率、实现频率的自动跟踪,并且具有过电压、过电流的保护功能。
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