Dette melder Göteborgs universitet.

I en forbrenningsmotor fordeles drivstoffet i små dråper i innsprøytingsventiler for å oppnå så høy forbrenningseffekt som mulig.

I motoren utsettes drivstoffdråpene for trykk som gjør at de går over i gassform og forbrennes. Under gassdannelsen dannes bobler inne i dråpene, og det er disse forskerne ved Göteborgs universitet har studert.

– Boblene har en betydelig innvirkning på finfordelingen av biodiesel i motorer. Derfor er vår forskning svært viktig for å ta tak i grunnleggende spørsmål om biodieselmotorens effektivitet, sier Yogeshwar Nath Mishra, som ledet studien ved Göteborgs universitet sammen med professor Dag Hanstorp.

Forskerne prøver å forstå hvordan og når boblene dannes i drivstoffdråpene. På sikt kan denne kunnskapen føre til utviklingen av en mer effektiv motor der drivstoffet forbrennes i større grad enn i dag, noe som resulterer i mindre miljøskadelige utslipp.

– Forskningen på biodiesel er avgjørende i vår overgang fra fossile brensler for å bekjempe klimaendringene. I motorene påvirker bobledannelsen drivstofforbruket og bidrar til dannelse av større dråper som ikke fordamper og forbrennes fullstendig, noe som fører til økte utslipp, sier Yogeshwar Nath Mishra.

Bildet viser hvordan bobler dannes inne i dråpen når den blir eksponert for gjentatte laserpulser som tilfører energi. Hendelsen dokumenteres med et høyhastighetskamera. Foto: Yogeshwar Nath Mishra

Dråpen leviteres akustisk

Det er vanskelig å studere bobledannelsen i motorens innsprøytingsventiler på grunn av deres struktur med trange kanaler i metallmateriale. Men med den nyeste teknologien kan fysikerne sette opp et forsøk på laboratoriet som gjør det mulig å studere prosessen i en millimeterstor dråpe biodiesel. Først får man en dråpe til å sveve i luften ved hjelp av en stående lydbølge.

– Deretter tilfører vi energi til dieselrøret med vår femtosekundlaser, som fokuserer lysenergi på et punkt inne i dråpen i løpet av en veldig kort tidsperiode, 100 femtosekunder. Da dannes gassboblene, og antallet deres, vekst og finfordeling studeres ved hjelp av et høyhastighetskamera, forklarer Dag Hanstorp, professor i fysikk ved Göteborgs universitet.

Mange anvendelser

Resultatene, som er publisert i Nature Scientific Reports, har gitt betydelige innsikter i bobledannelsefenomenet som ikke bare er nyttig i utviklingen av mer effektive drivstoff og forbrenningsmotorer.

– Bobledannelse er viktig i bransjer som kjemiteknikk, for eksempel karbonatiserte drikker, ultralydsavbildning, kokeprosesser for varmeoverføring og prosesser som gassutslipp fra elver og skydannelse. Men det vi har oppnådd er grunnleggende forskning. Det gjenstår mye utvikling før det tas i bruk, sier Dag Hanstorp.

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

Slik dannes bobler i en dråpe biodiesel: