Studie av bubblor kan ge effektivare biobränslemotorer

I en förbränningsmotor fördelas bränslet i små droppar i insprutningsventiler för att förbränningen ska bli så hög som möjligt.

I motorn utsätts bränsledropparna för tryck som gör att de går över i gasform och förbränns. Vid gasbildningen bildas bubblor inne i dropparna och det är dessa som forskarna vid Göteborgs universitet studerat.

Mindre utsläpp

– Bubblorna har en betydande inverkan på finfördelningen av biodiesel i motorer. Därför är vår forskning mycket viktig för att ta itu med grundläggande frågor om biodieselmotorns effektivitet, säger Yogeshwar Nath Mishra, som ledde studien vid Göteborgs universitet tillsammans med professor Dag Hanstorp.

Forskarna försöker förstå hur och när bubblorna bildas i bränsledropparna. På sikt kan den kunskapen leda till att man kan utveckla en effektivare motor där bränslet förbränns i högre grad än i dag, vilket ger mindre miljöskadliga utsläpp.

– Forskningen på biodieslar är avgörande i vår övergång från fossila bränslen för att bekämpa klimatförändringarna. I motorerna påverkar bubbelbildningen bränsleförbränningen och bidrar till bildandet av större droppar som inte avdunstar och förbränns helt, vilket leder till ökade utsläpp, säger Yogeshwar Nath Mishra.

Droppen fås att sväva akustiskt

Det är svårt att studera bubbelbildningen i motorns insprutningsventiler på grund av deras uppbyggnad med trånga kanaler i gods av metall. Men med den senaste tekniken kan fysikerna sätta upp ett försök i labbet som gör det möjligt att studera processen i en millimeterstor droppe biodiesel. Först fås en droppe att sväva i luften, med hjälp av en stående ljudvåg.

– Därefter tillför vi energi till dieseldroppen med vår femtosekundlaser som fokuserar ljusenergi i en punkt inne i droppen under en mycket kort tidsrymd, 100 femtosekunder, 10^-13 sekunder. Då bildas gasbubblorna vars antal, tillväxt och finfördelning studeras med hjälp av en höghastighetskamera, förklarar Dag Hanstorp, professor i fysik vid Göteborgs universitet.

Många tillämpningar

Resultaten, som har publicerats i Nature Scientific Reports, har gett betydande insikter i fenomenet bubbelbildning som inte bara är användbart i utvecklingen av effektivare bränslen och förbränningsmotorer.

– Bubbelbildning är viktigt i branscher som kemiteknik till exempel kolsyrade drycker, ultraljudsavbildning, kokningsprocesser för värmeöverföring och processer som gasutsläpp från vattendrag och molnbildning. Men det vi har åstadkommit är grundforskning. Det återstår mycket utveckling innan det kommer till användning, säger Dag Hanstorp.

Vetenskaplig artikel i Nature Scientific Reports: Bubble dynamics and atomization of acoustically levitated diesel and biodiesel droplets using femtosecond laser pulses

Kontakt: Yogeshwar Nath Mishra, tidigare forskare på Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, telefon: 072-940 30 03, e-post: mishra@caltech.edu.

Dag Hanstorp, professor i experimentell fysik på Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, telefon: 076-622 91 41, e-post: dag.hanstorp@physics.gu.se