專利名稱：一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超聲波乳化的技術領域，具體涉及一種利用超聲波能量聚焦對柴油、 純水等混合液進行乳化的裝置和方法。
背景技術：
柴油機主要的排氣成分是一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)及 少量其他成分。經實驗和實際應用發(fā)現(xiàn)，使用乳化柴油作為燃料可提高燃燒性能，減少有害 氣體煙塵和污染氣體的排放。乳化過程實質是將不溶固體或液體粉碎成微粒并與周圍液體充分混合形成乳化 液的過程。發(fā)動機使用的乳化柴油是“油包水”型，即油為連續(xù)相，水為分散相。使用乳化 柴油后，由于燃燒完全，所以CO的排放量大大降低；由于改善了混合氣的形成及燃燒條件， 故使HC的形成大為減少；由于降低了燃燒溫度，從而也減少了 NOxW排放。就柴油機而言， 使用乳化柴油的油耗率比燃用純柴油降低3%左右，排放中的有害成份碳煙顆粒和氮氧化 合物大大降低，特別是氮氧化合物可下降30%左右。大量的試驗結果證明使用乳化燃油是 降低污染和節(jié)能的良好措施之一。
目前燃油乳化常用的方法有機械攪拌法，超聲乳化法，化學添加劑法等方法。相對于 機械攪拌法和化學添加劑法，超聲乳化法具有乳化質量好、生產效率高、成本低等優(yōu)點，已 越來越受到各工業(yè)部門的重視和采用，并成為現(xiàn)代重要乳化設備之一。超聲波是指頻率高于20000赫茲的聲波。由于超聲波是一種波動形式，因此它可 以作為探測和負載信息的載體，下文簡稱此種超聲波為檢測超聲；同時超聲波又是一種能 量形式，當強度超過一定值時，就可以通過它與傳聲媒質的相互作用，影響、改變以至破壞 傳聲媒質的狀態(tài)、性質及結構，下文簡稱此種超聲波為功率超聲。超聲乳化法的大致過程 是向待乳化的液體發(fā)射功率超聲，當功率超聲在液體中傳播時，由于液體微粒接收到功率 超聲的能量后產生劇烈振動，會在液體內部產生小空洞，這些小空洞迅速脹大和閉合，從而 產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。這種劇烈作用具有很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶 的液體(如柴油和純水)發(fā)生乳化反應。于2009年11月25日公開的中國發(fā)明專利申請CN 101584972A，提出了一種混合 不相溶的兩種液體的乳化裝置，該裝置中的微液體噴嘴利用強大的壓力來制作乳化液，利 用連續(xù)相流路與分散相流路在螺旋狀裝置處匯合以實現(xiàn)乳化液的制作。該裝置能夠細化乳 化液顆粒，但這種裝置存在一些不足在微液體噴嘴處容易發(fā)生堵塞；微液體噴嘴處于高 壓力的工作條件下，容易發(fā)生機械故障；沒有給出實時檢測乳化液是否合格的檢測方法。于2000年10月4日公開的中國發(fā)明專利申請CN 1268391A提出了一種燃油乳化 方法及裝置。該裝置利用超聲乳化的基本原理，在乳化箱內用功率超聲來分散加有乳化劑 的燃油和水的混合液以達到乳化的效果。于2008年1月9日公開的中國實用新型專利申 請CN 201002007Y提出了一種超聲柴油乳化機，該裝置利用功率超聲對互混室內的液體進 行循環(huán)乳化，經過數(shù)次循環(huán)后最后排出乳化液。這兩種方法都是利用功率超聲來實現(xiàn)乳化，且裝置結構都比較簡單。但上述兩種功率超聲乳化裝置都存在一些不足燃油、純水沒有經 過混合就進行乳化，乳化液成分分布不夠均勻；沒有高效利用功率超聲的能量；沒有給出 實時檢測乳化液是否合格的檢測方法?？梢钥闯觯F(xiàn)有的乳化方法及裝置都存在一些缺點機械乳化法裝置較復雜，容易 發(fā)生故障，使用維護不方便，沒有給出實時檢測乳化液是否合格的檢測方法；已有的超聲乳 化裝置沒有高效利用功率超聲的能量，也沒有給出實時檢測乳化液是否合格的檢測方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的缺陷與不足，提出一種基于超聲波能量聚焦的乳 化方法及裝置。本發(fā)明同時用到了功率超聲和檢測超聲利用功率超聲對拋物形乳化室內 的柴油、純水、乳化劑等混合液進行乳化；利用檢測超聲獲得乳化液排出口附近液體的檢測 超聲衰減曲線，將其與已有的檢測超聲經驗衰減曲線對比，查表得到液體粘度、粒徑大小等 參數(shù)以判斷液體是否充分乳化。本發(fā)明裝置采用拋物形乳化室，把待乳化的液體均勻混合 后引流到拋物形乳化室內，利用功率超聲來進行乳化。功率超聲陣列換能器均勻分布在拋 物形乳化室的底部平面，乳化液排出口安裝在拋物形乳化室的焦點處，使得所有垂直向上 發(fā)射的功率超聲經拋物形乳化室內側面反射后都聚焦于乳化液排出口，即乳化液排出口處 的功率超聲能量是最大的。從而保證了排出液充分乳化，確保了乳化質量。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，包括液體混合模塊、功率超聲乳化模塊、檢 測模塊、控制處理模塊和顯示模塊，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方；液體混合模 塊包括柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭、混合腔體和導管，柴油入口接頭、純 水入口接頭、乳化劑入口接頭均各自連接有一個超聲霧化裝置，每個超聲霧化裝置的出口 均通過導管與混合腔體的入口連接；功率超聲乳化模塊包括乳化室、處于乳化室底部平面 的功率超聲陣列換能器和乳化液排出口，混合腔體的出口與乳化室頂部的接口連接；檢測 模塊包括溫度傳感器、檢測超聲發(fā)生器、檢測超聲接收器；檢測模塊位于乳化室底部，用于 檢測乳化液排出口處的液體的溫度和乳化程度；控制處理模塊包括中央處理器以及分別與 中央處理器連接的放大濾波電路和存儲器，放大濾波電路還與檢測超聲接收器連接，功率 超聲陣列換能器和中央處理器連接；顯示模塊包括顯示設備，顯示設備與中央處理器連接。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述乳化室為拋物形乳化室，拋 物形乳化室由拋物面和一個底部平面構成，且拋物面的焦點位于底部平面的中心；乳化液 排出口位于所述焦點處。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，功率超聲陣列換能器的換能器均 勻分別在拋物形乳化室的底部平面；拋物形乳化室的底部平面是位于所述焦點所在的水平 面；乳化液排出口安裝有控制閥，由控制處理模塊控制其開和關。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述檢測模塊包括有多個溫度傳 感器，所述多個溫度傳感器被安裝在拋物形乳化室的底部平面并與控制處理模塊連接，負 責監(jiān)測拋物形乳化室內的液體的溫度；所述檢測超聲發(fā)生器和檢測超聲接收器均有四個， 一個檢測超聲發(fā)生器和一個檢測超聲接收器形成一組，四組檢測超聲發(fā)生器和檢測超聲接 收器分別被安裝在乳化液排出口的前、后、左、右四個方位并與控制處理模塊連接；檢測超聲發(fā)生器在控制處理模塊控制下發(fā)出檢測超聲，檢測超聲接收器負責接收檢測超聲并將檢 測超聲送到控制處理模塊，控制處理模塊通過處理檢測超聲來獲得液體的乳化程度以判斷 液體是否充分乳化。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述存儲器中存有檢測超聲經驗 衰減曲線數(shù)據(jù)庫，該經驗數(shù)據(jù)庫包含有檢測超聲經驗衰減曲線、液體粘度和粒徑大?。凰?放大濾波電路負責將檢測超聲接收器發(fā)送過來的檢測超聲進行放大濾波，中央處理器將所 得的檢測超聲衰減曲線與存儲在存儲器中的檢測超聲經驗衰減曲線進行對比和分析，將與 檢測超聲衰減曲線最接近的檢測超聲經驗衰減曲線以及該檢測超聲經驗衰減曲線對應的 液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā)送到顯示設備進行顯示。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述拋物形乳化室內側面涂有反 射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質；所述混合腔體為球形腔體。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置中，所述柴油入口接頭、純水入口接 頭、乳化劑入口接頭各自安裝有控制閥，控制閥由控制處理模塊控制開和關。本發(fā)明還提供一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，包括如下步驟
步驟1、將柴油、純水、乳化劑這三種液體分別經與超聲霧化裝置連接的的入口接頭導 入各自的超聲霧化裝置，控制處理模塊根據(jù)設定比例控制各液體的流速和流量；
步驟2、根據(jù)乳化效果要求，由控制處理模塊來分別控制超聲霧化裝置工作，將待混合 的液體分別霧化成粒徑不同的顆粒；
步驟3、液體顆粒經導管導入球形腔體匯合，霧化得到的微小顆粒在球形腔體內充分混 合，小顆粒不斷聚集成團，最后形成分布均勻的混合液體，經球形腔體底部的導管導入拋物 形乳化室；
步驟4、待混合液體注滿拋物形乳化室后，控制處理模塊通過控制閥關閉步驟1中的入 口接頭；控制處理模塊控制功率超聲陣列換能器開始工作，垂直向上發(fā)射功率超聲，功率超 聲傳播路徑上的液體接收到功率超聲的能量，發(fā)生乳化反應；功率超聲到達拋物形乳化室 內側面后，由拋物形乳化室內側面涂有的反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質發(fā)生反射，所有的功 率超聲反射后都聚焦于焦點處的乳化液排出口；
步驟5、安裝在拋物形乳化室底部平面的溫度傳感器不斷監(jiān)測發(fā)生乳化反應的液體的 溫度并發(fā)送給顯示模塊進行實時顯示；控制處理模塊根據(jù)所獲得的溫度參數(shù)來調整功率超 聲陣列換能器的發(fā)射功率；
步驟6、安裝在乳化液排出口前、后、左、右四個方位的四組檢測超聲發(fā)生器和檢測超聲 接收器不斷工作以獲得液體的檢測超聲衰減曲線，并將測量結果送到控制處理模塊；
步驟7、控制處理模塊根據(jù)步驟5中已測的溫度，將步驟6所得的檢測超聲衰減曲線與 存儲在存儲器中的檢測超聲經驗衰減曲線進行對比和分析，將與檢測超聲衰減曲線最接近 的檢測超聲經驗衰減曲線以及該檢測超聲經驗衰減曲線對應的液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā) 送到顯示設備進行顯示；
步驟8、拋物形乳化室底部平面附近的液體接收到的功率超聲能量最大，故最先完成乳 化反應；若控制處理模塊檢測到乳化液排出口四個方位的液體均充分乳化，則控制處理模 塊打開乳化液排出口開關，將乳化合格的乳化液經導管轉移到其他容器；待拋物形乳化室 底部平面附近的合格乳化液流出之后，控制處理模塊重新關閉乳化液排出口開關；在排出合格乳化液的同時，控制處理模塊重新打開步驟1中的入口接頭開關，控制處理模塊根據(jù) 乳化液排出口的流速來控制流入液體的流速和流量，由于重力作用，拋物形乳化室內的液 體會整體向下挪動，最新進入拋物形乳化室的液體處于拋物形乳化室的最上層。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，步驟5中，當溫度傳感器監(jiān)測到液 體的溫度過高時，說明乳化反應進行的過于激烈，則由控制處理模塊適當減弱功率超聲陣 列換能器的發(fā)射功率，若檢測到溫度較低，則適當增大功率超聲陣列換能器的發(fā)射功率。上述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，步驟7中，若某方位的檢測超聲衰 減比其他方位的檢測超聲衰減小，則說明該方位的液體粘度較小，乳化還不夠充分，功率超 聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方位發(fā)生了多普勒現(xiàn)象，控制處理模塊根據(jù) 各方位監(jiān)控所得的檢測超聲衰減曲線來判斷是否發(fā)生多普勒現(xiàn)象，若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則 調整相應方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時刻以減弱多普勒效應。所述控制處理模塊包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的放大濾波電路、 存儲器。中央處理器主要負責控制與其相連接的裝置工作，如液體混合模塊中的超聲霧化 裝置、入口接頭控制閥；功率超聲乳化模塊中的功率超聲陣列換能器、乳化液排出口控制 閥；檢測模塊中的溫度傳感器、檢測超聲發(fā)生器、檢測超聲接收器；顯示模塊中的顯示設備 等。存儲器中存有檢測超聲經驗衰減曲線數(shù)據(jù)庫，該經驗數(shù)據(jù)庫是結合檢測超聲在各種乳 化液中各衰減因素做定性分析后所得到的，里面有檢測超聲經驗衰減曲線、液體粘度、粒徑 大小等三項內容。放大濾波電路負責將檢測超聲接收器發(fā)送過來的檢測超聲進行放大濾 波，中央處理器將所得的檢測超聲衰減曲線與存儲在存儲器中的檢測超聲經驗衰減曲線進 行對比和分析，將與檢測超聲衰減曲線最接近的檢測超聲經驗衰減曲線以及該檢測超聲經 驗衰減曲線對應的液體粘度、粒徑大小等參數(shù)發(fā)送到顯示設備進行顯示。步驟7中，超聲在不同粘度液體中傳播時由于液體分子間的內摩擦力不同，超聲 會產生不同的超聲衰減曲線，液體粘度越大則超聲衰減越大。根據(jù)文獻資料，乳化后的液體 粘度比乳化前的液體粘度大，所以可知隨著乳化反應的不斷進行，液體中的超聲衰減會越 來越大。根據(jù)此原理，控制處理模塊根據(jù)步驟5中已測的溫度，將步驟6所得的檢測超聲衰 減曲線與存儲在存儲器中的檢測超聲經驗衰減曲線進行對比和分析，將與檢測超聲衰減曲 線最接近的檢測超聲經驗衰減曲線以及該檢測超聲經驗衰減曲線對應的液體粘度、粒徑大 小等參數(shù)發(fā)送到顯示設備進行顯示。考慮到拋物形乳化室里面的液體會有流動，可能會產 生多普勒現(xiàn)象。若某方位的檢測超聲衰減比其他方位的檢測超聲衰減小，則說明該方位的 液體粘度較小，乳化還不夠充分，功率超聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方 位發(fā)生了多普勒現(xiàn)象。控制處理模塊根據(jù)各方位監(jiān)控所得的檢測超聲衰減曲線來判斷是否 發(fā)生多普勒現(xiàn)象，若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則調整相應方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時刻 以減弱多普勒效應；
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和技術效果
1、使用功率超聲陣列換能器進行柴油、純水、乳化劑等混合液體的乳化，結構簡單，組 裝、使用、維護都比較簡便。2、各種需要混合的液體經霧化后其顆粒變小且均勻分布，經過混合后再進行乳 化，生產出來的乳化液成分分布均勻，乳化液燃燒質量好。3、乳化室采用拋物形結構，高效利用了功率超聲的能量。
4、乳化液排出口安裝在拋物形乳化室的焦點處，可使功率超聲經拋物形乳化室內 側面反射后聚焦于該點，確保輸出的乳化液充分乳化。5、使用檢測超聲發(fā)生器和檢測超聲接收器對液體乳化程度進行檢測并實時顯示 液體粘度、粒徑大小等參數(shù)。6、根據(jù)液體乳化的程度來判斷液體是否充分乳化，更科學更嚴格地保證了乳化液 的乳化質量。


圖1是實施方式中乳化裝置的結構示意圖； 圖2是拋物形乳化室的底部俯視示意圖3是乳化裝置中功率超聲發(fā)射和反射路徑圖； 圖4是實施方式中的系統(tǒng)結構框圖5是功率超聲乳化模塊、檢測模塊、控制處理模塊和顯示模塊的關系結構圖； 圖6是實施方式中乳化方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
實施例如圖1所示，本發(fā)明裝置的具體結構如下柴油入口接頭1A、純水入口接頭1B、乳 化劑入口接頭1C、超聲霧化裝置2、導管3、球形腔體4、拋物形乳化室5、拋物形乳化室底部 平面6、乳化液排出口 7、排出管8、功率超聲陣列換能器9、溫度傳感器10、檢測超聲發(fā)生器 11、檢測超聲接收器12。其中，柴油入口接頭1A、純水入口接頭IB、乳化劑入口接頭IC均安裝有控制閥，由 控制處理模塊控制其開和關；超聲霧化裝置2與控制處理模塊相連，負責將待乳化的液體 霧化以進行混合；球形腔體4是液體顆粒匯合以進行混合的裝置；拋物形乳化室5設計成 拋物形結構，拋物形乳化室內側面涂有反射系數(shù)為0. 6、. 9的物質，功率超聲到達后大部 分被反射，能量得到充分利用；為便于其他器件安裝，拋物形乳化室底部平面6建議用不銹 鋼做成帶螺紋安裝接頭的平面；乳化液排出口 7位于拋物形乳化室5的焦點處并安裝有控 制閥，由控制處理模塊控制其開和關，這樣的結構設計保證了乳化液充分乳化；排出管8與 乳化液排出口 7連接，用來將合格的乳化液轉移到其他容器；功率超聲陣列換能器9均勻安 裝在拋物形乳化室底部平面6上，與控制處理模塊連接并受其控制；多個溫度傳感器10也 安裝在拋物形乳化室底部平面6上，用于監(jiān)測液體的溫度并與控制處理模塊相連；四組檢 測超聲發(fā)生器11、檢測超聲接收器12安裝在乳化液排出口 7的前、后、左、右四個方位，不斷 測量以獲得乳化液排出口 7附近液體中的檢測超聲的衰減狀況，并將測量結果送到控制處 理模塊，控制處理模塊根據(jù)所得的檢測超聲衰減曲線與存儲在存儲器中的檢測超聲經驗衰 減曲線進行對比和分析，將與檢測超聲衰減曲線最接近的檢測超聲經驗衰減曲線以及該檢 測超聲經驗衰減曲線對應的液體粘度、粒徑大小等參數(shù)發(fā)送到顯示設備進行顯示。以示區(qū)別，圖1中檢測超聲發(fā)生器11用黑色小圓示意，檢測超聲接收器12用白色小圓示意，每兩 個組成一組檢測超聲發(fā)射接收裝置，前、后、左、右四個方位各有一組檢測超聲發(fā)射接收裝置。拋物形乳化室5設計成拋物形結構是為了充分利用功率超聲的能量和使拋物形 乳化室內部各處的液體比較均勻地乳化。其原理如下功率超聲在液體中行進的路徑上能 量是衰減的，而乳化反應的劇烈程度與接收到的能量是成正比的。在功率超聲探頭垂直向 上發(fā)射功率超聲時，拋物形乳化室底部液體吸收的能量比頂部多，所以底部液體的乳化反 應比頂部液體的乳化反應劇烈；功率超聲經拋物形乳化室內側面反射后，拋物形乳化室頂 部液體吸收的能量比底部多，所以頂部液體的乳化反應比底部液體的乳化反應劇烈，兩個 過程的綜合效果就是充分利用了反射的功率超聲的能量和使拋物形乳化室內部各處的液 體比較均勻地乳化。如圖2所示，乳化液排出口 7安裝在拋物形乳化室底部平面6的圓心，也即拋物形 乳化室5的焦點處；功率超聲陣列換能器9均勻分布在拋物形乳化室底部平面6上；多個溫 度傳感器10分別安裝在拋物形乳化室底部平面6的四周；四組檢測超聲發(fā)生器11、檢測超 聲接收器12安裝在乳化液排出口 7的前、后、左、右四個方位。由于溫度對乳化反應產生比較大的影響，所以在拋物形乳化室底部平面6上安裝 多個溫度傳感器10以監(jiān)測液體的溫度。據(jù)超聲波的傳播規(guī)律可知，隨著傳播距離增加，能 量會不斷減少。所以靠近拋物形乳化室底部的液體發(fā)生乳化反應是最為劇烈的，反應溫度 也最高，只要保證底部的液體溫度不超過某一閾值就可以保證整個乳化室的乳化反應良好 進行。當溫度傳感器10監(jiān)測到拋物形乳化室底部液體的溫度過高時，說明乳化反應進行的 過于激烈，則由控制處理模塊適當減弱功率超聲陣列換能器9的發(fā)射功率；若檢測到溫度 較低，則適當增大功率超聲陣列換能器9的發(fā)射功率。四組檢測超聲發(fā)生器11、檢測超聲接收器12安裝在乳化液排出口 7的前、后、左、 右四個方位，控制處理模塊根據(jù)檢測超聲在液體中的衰減狀況來分別檢測四個方位的液體 是否充分乳化?？紤]到拋物形乳化室5里面的液體會有流動，可能會產生多普勒現(xiàn)象。若 某方位的檢測超聲衰減比其他方位的檢測超聲衰減小，則說明該方位的液體粘度較小，乳 化還不夠充分，功率超聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方位發(fā)生了多普勒現(xiàn) 象。控制處理模塊根據(jù)各方位監(jiān)控所得的檢測超聲衰減曲線來判斷是否發(fā)生多普勒現(xiàn)象， 若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則調整相應方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時刻以減弱多普勒效 應。由于拋物形乳化室底部附近的液體接收到的功率超聲能量最大，最先完成乳化反 應，且垂直向上的功率超聲經反射后均聚焦于拋物形乳化室5的焦點，即焦點處的能量最 強，所以本發(fā)明將乳化液排出口 7安裝在拋物形乳化室5的焦點處(也即拋物形乳化室底部 平面6的圓心)，確保了輸出的乳化液充分乳化。如圖3所示，本發(fā)明裝置的功率超聲發(fā)射和反射原理是功率超聲陣列換能器發(fā) 出的功率超聲垂直向上傳播，由于拋物形乳化室內側面涂有反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質， 大部分功率超聲發(fā)生反射。根據(jù)拋物線的幾何性質可知平行于拋物線對稱軸的光線經拋物 線反射后聚焦于拋物線的焦點，又經數(shù)學推導可得每束功率超聲到達焦點前所經過的傳播 距離是相等，所以在焦點處各束功率超聲會發(fā)生同相疊加，能量得到加大。由于乳化液排出口 7安裝在拋物形乳化室5的焦點處，所以乳化液排出口 7處的功率超聲能量是最大的，確 保了排出的乳化液充分乳化。如圖4，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方，液體混合模塊負責將柴油、純 水、乳化劑等液體進行均勻的混合，液體混合模塊受控制處理模塊控制。功率超聲乳化模塊 負責將從液體混合模塊導入的混合液體進行充分的乳化，功率超聲乳化模塊也受控制處理 模塊控制。檢測模塊在控制處理模塊控制下不斷監(jiān)測液體的溫度和檢測超聲衰減狀況并將 結果發(fā)送給控制處理模塊以進行處理?？刂铺幚砟K將處理所得的結果送到顯示模塊進行 顯不。如圖5和圖6所示，本實施方式的乳化流程包括以下步驟
步驟1、將柴油、純水、乳化劑這三種液體經超聲霧化裝置上的入口接頭導入各自的超 聲霧化裝置，控制處理模塊根據(jù)一定比例控制各液體的流速和流量；
步驟2、根據(jù)乳化效果要求，由控制處理模塊來分別控制超聲霧化裝置工作，將待混合 的液體分別霧化成粒徑不同的顆粒；
步驟3、液體顆粒經導管導入球形腔體，微小的顆粒在球形腔體內匯合進行充分的混 合，小顆粒不斷聚集成團，最后形成分布均勻的混合液體，經球形腔體底部的導管導入拋物 形乳化室；
步驟4、等混合液體注滿拋物形乳化室后，控制處理模塊關閉步驟1中的入口接頭開 關?？刂铺幚砟K控制功率超聲陣列換能器開始工作，垂直向上發(fā)射功率超聲，功率超聲傳 播路徑上的液體由于接收到功率超聲的能量，發(fā)生乳化反應。功率超聲到達拋物形乳化室 內側面后，由于拋物形乳化室內側面涂有反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質，所以發(fā)生較強烈的 反射，由幾何性質可知所有的功率超聲反射后都將聚焦于拋物形乳化室的焦點，也即本系 統(tǒng)中的乳化液排出口；
步驟5、安裝在拋物形乳化室底部平面的多個溫度傳感器與控制處理模塊連接，不斷監(jiān) 測發(fā)生乳化反應的液體的溫度并發(fā)送給顯示模塊進行實時顯示?？刂铺幚砟K根據(jù)所獲得 的溫度參數(shù)來智能調整功率超聲陣列換能器的發(fā)射功率以達到乳化的最優(yōu)效果；
步驟6、安裝在乳化液排出口前、后、左、右四個方位的四組檢測超聲發(fā)生器和檢測超聲 接收器不斷工作以獲得液體的檢測超聲衰減曲線，并將測量結果送到控制處理模塊；
步驟7、超聲在不同粘度液體中傳播時由于液體分子間的內摩擦力不同，超聲會產生 不同的超聲衰減曲線，液體粘度越大則超聲衰減越大。根據(jù)文獻資料，乳化后的液體粘度 比乳化前的液體粘度大，例如，乳化劑水柴油=1:20:79的_20#柴油乳化前的粘度是 2. 5750mPa-S，乳化后的粘度是8. 2463mPa · S，所以可知隨著乳化反應的不斷進行，液體中 的超聲衰減會越來越大。液體粘度與超聲衰減的具體關系可由下面表達式表示
權利要求
一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于包括液體混合模塊、功率超聲乳化模塊、檢測模塊、控制處理模塊和顯示模塊，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方；液體混合模塊包括柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭、混合腔體和導管，柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭均各自連接有一個超聲霧化裝置，每個超聲霧化裝置的出口均通過導管與混合腔體的入口連接；功率超聲乳化模塊包括乳化室、處于乳化室底部平面的功率超聲陣列換能器和乳化液排出口，混合腔體的出口與乳化室頂部的接口連接；檢測模塊包括溫度傳感器、檢測超聲發(fā)生器、檢測超聲接收器；檢測模塊位于乳化室底部，用于檢測乳化液排出口處的液體的溫度和乳化程度；控制處理模塊包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的放大濾波電路和存儲器，放大濾波電路還與檢測超聲接收器連接，功率超聲陣列換能器和中央處理器連接；顯示模塊包括顯示設備，顯示設備與中央處理器連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述乳化 室為拋物形乳化室，拋物形乳化室由拋物面和一個底部平面構成，且拋物面的焦點位于底 部平面的中心；乳化液排出口位于所述焦點處。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于功率超聲 陣列換能器的換能器均勻分別在拋物形乳化室的底部平面；拋物形乳化室的底部平面是位 于所述焦點所在的水平面；乳化液排出口安裝有控制閥，由控制處理模塊控制其開和關。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述檢測模 塊包括有多個溫度傳感器，所述多個溫度傳感器被安裝在拋物形乳化室的底部平面并與控 制處理模塊連接，負責監(jiān)測拋物形乳化室內的液體的溫度；所述檢測超聲發(fā)生器和檢測超 聲接收器均有四個，一個檢測超聲發(fā)生器和一個檢測超聲接收器形成一組，四組檢測超聲 發(fā)生器和檢測超聲接收器分別被安裝在乳化液排出口的前、后、左、右四個方位并與控制處 理模塊連接；檢測超聲發(fā)生器在控制處理模塊控制下發(fā)出檢測超聲，檢測超聲接收器負責 接收檢測超聲并將檢測超聲送到控制處理模塊，控制處理模塊通過處理檢測超聲來獲得液 體的乳化程度以判斷液體是否充分乳化。
5.據(jù)權利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述存儲器 中存有檢測超聲經驗衰減曲線數(shù)據(jù)庫，該經驗數(shù)據(jù)庫包含有檢測超聲經驗衰減曲線、液體 粘度和粒徑大?。凰龇糯鬄V波電路負責將檢測超聲接收器發(fā)送過來的檢測超聲進行放大 濾波，中央處理器將所得的檢測超聲衰減曲線與存儲在存儲器中的檢測超聲經驗衰減曲線 進行對比和分析，將與檢測超聲衰減曲線最接近的檢測超聲經驗衰減曲線以及該檢測超聲 經驗衰減曲線對應的液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā)送到顯示設備進行顯示。
6.據(jù)權利要求2所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在于所述拋物形 乳化室內側面涂有反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質；所述混合腔體為球形腔體。
7.根據(jù)權利要求1 6任一項所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化裝置，其特征在 于所述柴油入口接頭、純水入口接頭、乳化劑入口接頭各自安裝有控制閥，控制閥由控制處 理模塊控制開和關。
8.一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，其特征在于包括如下步驟步驟1、將柴油、純水、乳化劑這三種液體分別經與超聲霧化裝置連接的的入口接頭導入各自的超聲霧化裝置，控制處理模塊根據(jù)設定比例控制各液體的流速和流量；步驟2、根據(jù)乳化效果要求，由控制處理模塊來分別控制超聲霧化裝置工作，將待混合 的液體分別霧化成粒徑不同的顆粒；步驟3、液體顆粒經導管導入球形腔體匯合，霧化得到的微小顆粒在球形腔體內充分混 合，小顆粒不斷聚集成團，最后形成分布均勻的混合液體，經球形腔體底部的導管導入拋物 形乳化室；步驟4、待混合液體注滿拋物形乳化室后，控制處理模塊通過控制閥關閉步驟1中的入 口接頭；控制處理模塊控制功率超聲陣列換能器開始工作，垂直向上發(fā)射功率超聲，功率超 聲傳播路徑上的液體接收到功率超聲的能量，發(fā)生乳化反應；功率超聲到達拋物形乳化室 內側面后，由拋物形乳化室內側面涂有的反射系數(shù)為0. 6^0. 9的物質發(fā)生反射，所有的功 率超聲反射后都聚焦于焦點處的乳化液排出口；步驟5、安裝在拋物形乳化室底部平面的溫度傳感器不斷監(jiān)測發(fā)生乳化反應的液體的 溫度并發(fā)送給顯示模塊進行實時顯示；控制處理模塊根據(jù)所獲得的溫度參數(shù)來調整功率超 聲陣列換能器的發(fā)射功率；步驟6、安裝在乳化液排出口前、后、左、右四個方位的四組檢測超聲發(fā)生器和檢測超聲 接收器不斷工作以獲得液體的檢測超聲衰減曲線，并將測量結果送到控制處理模塊；步驟7、控制處理模塊根據(jù)步驟5中已測的溫度，將步驟6所得的檢測超聲衰減曲線與 存儲在存儲器中的檢測超聲經驗衰減曲線進行對比和分析，將與檢測超聲衰減曲線最接近 的檢測超聲經驗衰減曲線以及該檢測超聲經驗衰減曲線對應的液體粘度、粒徑大小參數(shù)發(fā) 送到顯示設備進行顯示；步驟8、拋物形乳化室底部平面附近的液體接收到的功率超聲能量最大，故最先完成乳 化反應；若控制處理模塊檢測到乳化液排出口四個方位的液體均充分乳化，則控制處理模 塊打開乳化液排出口開關，將乳化合格的乳化液經導管轉移到其他容器；待拋物形乳化室 底部平面附近的合格乳化液流出之后，控制處理模塊重新關閉乳化液排出口開關；在排出 合格乳化液的同時，控制處理模塊重新打開步驟1中的入口接頭開關，控制處理模塊根據(jù) 乳化液排出口的流速來控制流入液體的流速和流量，由于重力作用，拋物形乳化室內的液 體會整體向下挪動，最新進入拋物形乳化室的液體處于拋物形乳化室的最上層。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，其特征在于步驟5中， 當溫度傳感器監(jiān)測到液體的溫度過高時，說明乳化反應進行的過于激烈，則由控制處理模 塊適當減弱功率超聲陣列換能器的發(fā)射功率，若檢測到溫度較低，則適當增大功率超聲陣 列換能器的發(fā)射功率。
10.根據(jù)權利要求8所述的基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法，其特征在于步驟7 中，若某方位的檢測超聲衰減比其他方位的檢測超聲衰減小，則說明該方位的液體粘度較 小，乳化還不夠充分，功率超聲在該方位不是同相疊加，能量不是最大，即該方位發(fā)生了多 普勒現(xiàn)象，控制處理模塊根據(jù)各方位監(jiān)控所得的檢測超聲衰減曲線來判斷是否發(fā)生多普勒 現(xiàn)象，若發(fā)生了多普勒現(xiàn)象則調整相應方位的功率超聲陣列換能器的發(fā)射時刻以減弱多普 勒效應。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超聲波能量聚焦的柴油乳化方法及裝置，所述裝置包括液體混合模塊、功率超聲乳化模塊、檢測模塊、控制處理模塊和顯示模塊，液體混合模塊置于功率超聲乳化模塊上方；功率超聲乳化模塊采用拋物形乳化室，把待乳化的液體均勻混合后引流到拋物形乳化室內，利用功率超聲來進行乳化。所述方法利用功率超聲對拋物形乳化室內的柴油、純水、乳化劑等混合液進行乳化；利用檢測超聲獲得乳化液排出口附近液體的檢測超聲衰減曲線，將其與已有的檢測超聲經驗衰減曲線對比，查表得到液體粘度、粒徑大小等參數(shù)以判斷液體是否充分乳化，從而保證了排出液充分乳化，確保了乳化質量。
文檔編號C10L1/32GK101934207SQ20101026878
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權日2010年9月1日
發(fā)明者吳偉俊, 寧更新, 曹燕, 郭文杰, 韋崗 申請人:華南理工大學