Nestepisaran höyrystymistutkimus I vaihe

Transkriptio

1 Nestepisaran höyrystymistutkimus A. Peltola, ampereen teknillinen yliopisto, Dipoli, Otaniemi, Espoo (U)

2 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Sisältö: Päämäärä Lähtötilanne Koereaktori Höyrystymislämpötila Mittaukset ulokset Viipymäaika Höyrystymisnopeus FLAME Pisaran halkaisija Yhteenveto (U)

3 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Päämäärä: Kehittää pisaran höyrystymistutkimusta varten reaktori pisaran höyrystymisen vaiheita selvittämään valituissa lämpötiloissa tarvittavat mittausmenetelmät em. päämääriä varten Mitata raskasöljypisaran halkaisija FLAME virtausnopeus höyrystymisnopeus Em. palvelee Itta, jossa tutkitaan jäännöshiilen palamista (U)

4 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Lähtötilanne / Koereaktori: Pisarageneraattorin paikka I versio (vasen kuva): Yläosa pisaran syöttö liikuteltava ja ilmajäähdytetty, jolloin voidaan säätää höyrystymisen loppu ikkunatasolle Pisarat tuotetaan kaupallisella pisarointigeneraattorilla MD-K-140 (Microdrop ech) Höyrystinputki lämmitetään sähkövastuslangoilla Lämpötilat mitataan termoelementeillä FLAME Ikkunat (4 kpl) optista mittausta varten II lopullinen versio: Liikuteltava yläosa korvattiin kiinteällä, lasiputken omaavalla osalla pisaran koko saadaan kuvattua Reaktorin lämmitys jaetaan osiin mahdollisuus jaksottaa viipymäaikoja (U)

5 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Lähtötilanne / Höyrystymislämpötila: Mittaukset 3 lämpötilassa 500 C, 600 C, 700 C Lämpötila-alue alimmillaan sama, jota käytetään raskaan polttoöljyn HAC sovelluksissa Kantokaasun (N 2 ) tilavuusvirta reaktoriin oli 1,4 l n /min, jolloin nopeus on suurimmillaan 0,12 m/s FLAME Lämpötila akselilla [ C] max : 500 C, N 2 : 1.4 l/min Ikkunataso N2 700 C N2 600 C N2 500 C Pisaran sisäänmenokohta 0 Putken pituus [cm] (U)

6 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Mittaukset: dy Kaksi laservalopulssia/otos digikameralle kuvat pisaroista yhdessä (vasen) Lasketaan pisaran nopeus ja halkaisija tätä varten kehitetyllä ohjelmistolla (M. Honkanen) FLAME Nopeus vaihtelee höyrystymisen eri vaiheissa keskimääräisen nopeuden määritys vaikeutuu (U)

7 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Mittaukset: Pisarakokojakauma kuva oikealla Seitsemän mittauspistettä/ lämpötila Vähintään kaksi toistoa Kokojakauma Kukin mittaus kesti n. 45 min Mitatut suureet: nopeus, halkaisija, massanmenetys-% (~höyrystyminen) FLAME odennäköisyys (%) Halkaisija (m) (U)

8 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Mittaukset: Pisarat pyrkivät törmäilemään toisiinsa, jolloin muodostui alkuperäistä suurempia pisaroita (yli 150 µm) Jos kaksi 70 µm pisaraa yhtyy, syntyy yksi n. 90 µm pisara avoite oli tuottaa pienehköjä pisaroita alle 100 µm pisarageneraattorilla saatiin tuotettua noin 70 µm pisaroita ainoastaan vähän yhteentörmäyksiä Pienten pisaroiden tuottaminen vaati alhaisen taajuuden käyttöä pisarageneraattorilla tämä tuotti pientä epätarkkuutta painonmäärityksessä Raskas polttoöljy on hyvin vaativa neste pisaroinnin suhteen Käytetyllä generaattorilla saavutettiin kuitenkin hyviä tuloksia FLAME (U)

9 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME ulokset / Viipymäaika: Kuvassa nopeudet höyrystymisen eri vaiheissa Nopeus muuttuu pisaran massan vähetessä kasvattaen pisaran vastuskerrointa Alla viipymäajan laskentakaava sovite nopeus vs. matka y t 1 t dy r v( s) y 0 FLAME 1/v [s/m] Viipymäaika, 700 C y = -543,62x ,04x 2-22,482x + 1,3404 v(y) Poly. (v(y)) 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Pisaran kulkema matka höyryatmosfäärissä, y[m] (U)

10 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME ulokset / Höyrystymisnopeus: m/m 0 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 y = 0,323x -0,73 y = 0,1597x -1,27 y = 0,0579x -1, C 600 C 500 C Alkuvaiheessa kevyet jakeet höyrystyvät nopeasti, lopuksi raskaammat jakeet hitaammin höyrystymisnopeus muuttuu matkan kuluessa 0,20 0,8 0,10 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Aika [s] FLAME Höyrystymisnopeus [µg/s] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Aika [s] (U)

11 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME ulokset / Pisaran halkaisija: Kuvan trendi vahvistaa jo tiedettyä käsitystä, että jäännöshiilen (~cenosphere) koko on samaa suuruusluokkaa alkuperäisen pisaran kanssa Lievää huojuntaa höyrystymisen aikana FLAME Halkaisija [µm] 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Aika [s] 700 C 600 C 500 C (U)

12 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Yhteenveto: Nykytilanne / : Pudotusputkireaktori raskaan polttoöljypisaran höyrystymistutkimukseen kehitettiin Kokeet pystytään toistamaan Mittaustarkkuus suuruusluokkaa ±1 % Alle 100 µm pisaroita pystyttiin tutkimaan Päätavoitteet saavutettiin: höyrystymisaika, pisaran ja jäännöspartikkelin koko Kokeiden toteuttaminen oli haasteellista nesteen esilämmitys uleva tutkimus / I: Nykyisen reaktorin jatkeeksi rakennetaan toinen reaktori, jossa tutkitaan jäännöshiilen (~cenosphere) loppuun palamista yhtäaikaisesti höyrystymisen kanssa FLAME (U)

13 NESEPISARAN HÖYRYSYMISUKIMUS HAC FLAME Kiitoksia mielenkiinnosta! FLAME (U)