磁场取向在植物油预混燃烧中的作用

抽象的

研究了磁场取向对植物油预混燃烧的影响。结果表明:在磁场作用下，氢质子的自旋由对位向邻位转变，电子的自旋能量增大，从而提高了层流燃烧速度。电杆越强的植物油火焰速度增加越大。引力磁场对火焰速度的增加有最强的抑制作用，使火焰稳定性极限向瘦当量比扩大。这是因为O₂与顺磁性性质从南极（S）到北极（N）泵送更多交叉火焰而热能携带由H₂从与所述反磁性性质的反应产物O时在N极泵送更多交叉火焰为S极。这使得燃烧接近刘易斯数量等于一，而在排斥磁极，S-S，多个O₂当更多的热量被泵入火焰时，火焰中的燃烧更稀薄，反应也不是最佳的。相反，在N-N极，H携带更多的热量₂Ø泵入火焰，而多个O₂被从火焰中抽了出来因此，在火焰中燃烧更丰富，反应也不是最优的。因此，层流火焰在排斥极处的速度低于吸引极处的速度。

1.介绍

石油是世界上人口所消耗的能量的最大来源，超过天然气，煤炭，核能和可再生材料。由于加上增加的能量消耗和使用化石燃料对环境的负面影响，在石油资源的减少，出现了朝着替代方案中，可再生的，可持续的，高效，成本有效的，并且减少污染能源[移位1那2］．在另一方面，工程师和研究人员一直在努力提高通过改进燃烧过程的发动机性能，以提高效率和减少废气排放。

有植物油燃烧或其衍生物及其在柴油发动机的使用已经四十年来进行的特性许多研究。这些研究表明植物油行为类似于柴油的行为[3.-7.］．然而，纯植物油用于柴油发动机仍然存在问题，因为它的粘度高，挥发性低，会在发动机和喷油器上产生大量沉积物，并粘在活塞环上[8.那9.］．这些问题已经在文献中进行了说明，例如堵塞的过滤器和存款在燃烧室[10］．提出了各种解决方案:（一世）将植物油和柴油按不同比例混合(2)加热植物油（iii）废气再循环(EGR)（iv）改进燃烧室(活塞、喷油器等)

一些植物油，如焦糖油、菜籽油、米糠油、棉籽油、葵花籽油和蓖麻油已经被研究成柴油发动机燃料[11-13］．有研究表明，在很短的时间周期，植物油令人满意地工作在未修改的柴油发动机。植物油具有高粘度由于分子量大的分子结构[14］．液体燃料的粘度影响流动特性以及喷雾雾化、蒸发和空气/燃料混合物的形成。较高的粘度也对植物油在柴油发动机、燃油泵和喷油器上的燃烧有不利影响。植物油有较高的氧含量、密度和粘度。植物油在燃烧前必须加热[15］．实验结果表明，这是被加热纯麻风树油具有接近柴油燃料燃烧特性[16］．

由于使用植物油时经历的缺点，一些研究人员已经专注于将磁场应用于柴油发动机，以减少污染排放和节省燃料。磁场的效果增加了发动机效率，减少了燃料雾化增加引起的污染排放[17］．此前，几项研究已经评估了磁场对污染和能量排放方面柴油发动机和汽油发动机的性能的影响[18-22]，而其他污染控制装置被放置在进一步燃烧的区域，使用燃烧前放置在燃料管线磁场。的NOx，HC和CO的含量值₂，在四缸一冲程柴油机上使用2000高斯磁场时，燃油消耗量分别降低了8%、27.7%、30%和9.99% [22］．使用5000高斯磁场的使用达到了燃料消耗的12％，22％和7％的HC和CO排放量，但NOx和CO的增加₂的分别为19％和7％，[23］．当磁场增加到9000高斯时，CO和HC分别降低到30%和40%，燃料消耗约为9 ~ 14%₂增加至10% [19］．与1000个高斯上的压缩引擎的强度的磁场影响燃料电离，从而减少污染排放和增加引起的提高的燃烧效率的热效率[24］．The effect of the magnetic field on the performance of a four-stroke one-cylinder compression ignition engine was observed by installing a 5000 gauss intensity magnet on the outer surface of the fuel pipe. The results show that magnetic fields reduce HC and CO emissions but increase CO₂和nox [25］．磁铁安装在燃料管上，强度为2000年的高斯减少燃料消耗和排放（CO₂， CO, NOX和HC) [21］．The role of the magnetic field intensity of 1000–4000 gauss in the effectiveness of a single-cylinder compression ignition engine was observed experimentally. Magnets are placed on the outer surface of the fuel pipe. The best results were obtained on 3000 gauss where there is a decrease in consumption of fuel, exhaust gas temperature, and CO₂，CO，HC，和NOx的排放[26］．柴油燃料的燃烧是在工业炉的主要驱动力，并有可能保持不变，在可预见的未来。维护这些燃料的使用是非常重要的是增加燃料消耗和污染排放的字符[27］．

从所有这些研究中，真正决定发动机性能的燃烧稳定性还没有被讨论。因此，特别是磁场在稳定燃烧过程中的作用需要进一步研究。这项研究提供了在磁场中燃烧稳定性的数据，这有力地支持了植物油在发动机中的燃烧过程，以提高效率。

本文的目的是揭示磁场在纯植物油燃料中磁场的各种取向中的预混燃烧中的作用，具有各种等效比率。

2.文献综述和问题陈述

许多研究表明，磁场对燃烧过程有积极的影响，从而修复系统的性能。内燃机是碳氢化合物燃料消耗的主要部分。内燃机的燃料一般是碳氢分子物质。每个分子都由许多氢原子和碳原子组成。氢原子有一个质子和一个电子围绕质子旋转，而碳原子有一个原子核和六个电子围绕原子核旋转。电离和重组是通过利用磁场来实现的[28］．磁场用于将燃料电离为燃烧装置，确保燃烧是完美的，节省燃料和最大化效率。

磁场趋向于打破烃燃料分子从而产生较短分子导致更好的燃烧。磁场容易引起燃料分子，以提高氧气与燃料混合[19］．磁场感应电子倾向于使分子具有正，负电荷。因此，磁性取向可以组织，它允许快速与氧结合的电荷。其结果是，烃类燃料的燃烧变得更完全和更快[29］．液体燃料由碳原子和氢原子的化学化合物。一个非常稳定的燃料结构不允许氧原子时的空气 - 燃料混合过程渗透到内部。因此，存在不完全燃烧过程[30.］．

燃料中的氢原子以对位和邻位异构体的两种形式排列。氢原子的有效排列导致有效的燃烧。氢原子的邻位态是通过在燃料管中放置一个强磁场而形成的[31］．在对位态中，一个原子相对另一个原子的旋转方向是相反的，而在邻位态中，一个原子相对另一个原子的旋转方向是相同的。通常，燃料处于para状态;然而，磁场将其转化为邻位态[18］．当对燃料施加强磁场时，碳氢化合物的取向发生改变，由对位态变为邻位态[19］．Ortho引起分子间力的显著减少，从而增加了氢之间的空间。因此，更多的氧进入燃料，导致燃料在燃烧室中完全燃烧[21］．燃料分子分解变小，容易与氧结合[31］．正电离使碳氢燃料吸引和结合带负电荷的氧，导致更完全的碳/氧结合和有效燃烧[32］．这导致更好的燃料雾化和更好的燃料空气混合。在磁场的影响下，可以在磁场的影响下获得节省燃料，更好的燃料经济性和减少排气，例如碳氢化合物，一氧化碳和二氧化碳33］．

预混合火焰在高速流动中的稳定性已成为几十年来燃烧研究中观察的重要话语。当替代或可再生能源在许多应用中使用诸如内燃机，燃气轮机和工业炼油器等许多应用时，火焰的稳定性是一个很好的问题。需要特别注意由磁场影响的诸如燃烧反应和火焰稳定性影响的替代燃料研究。在该研究中，在四个磁场取向下观察预混合的燃烧过程和预混火焰稳定性。氧气和热能的运输由H带来₂讨论了各种磁取向的电子和氢质的旋转及其对火焰速度和稳定性的影响。

3.研究材料、方法和模型

植物油测试包括椰子油和麻疯树油。所有植物油都是从商业产品中获得的。植物油的脂肪酸组成、物理性质、甘油、汁液和水在我们以前的研究中已经得到了证实[34］．

实验设备如图示意性示出1．Vegetable oil of 600 ml was fed into the boiler (2) and then was heated with a gas stove (1) to evaporate at 320°C and the pressure of 3 bar was kept constant. The fuel inlet valve (3a) was opened and the air inlet valve (3b) was closed. The next process was the air inlet valve (3b) was opened slightly and the difference in water level was noted on the flow control (4b). The water level difference in the fuel flow control (4a) was recorded and kept constant. With a gradual increase in the air inlet valve opening, each water level difference in the airflow controls was recorded. The vegetable oil vapor from the boiler is mixed with air from the compressor (11) in the burner chamber (5). The reactant mixture then flew into the nozzle with an inner diameter of 6 mm, and then, the flame was ignited at the tip of the nozzle to form a diffusion flame. By increasing the amount of air in the mixture, the flame would gradually change to a premixed flame. The flame was then given magnetic field from magnetic bar (7a and 7b) each with north (N) and south (S) pole. The orientation of the magnetic bars was changed in four conditions, namely, S-S, N-N, S-N, and N-S as shown in Figure2．The magnetic bars were each made of N45 grade nickel plated neodymium permanent magnet with a magnetic field intensity of 1.1 T (11000 gauss) with dimensions of 40 mm × 25 mm × 10 mm. The magnetic bars were placed on a holder made of aluminum plates and tightened by bolts and nuts so that it can be removed and reassembled to change the direction of the S-S, N-N, S-N, and N-S magnetic fields as shown in Figure2．In 12 mm gap between the two magnets, a burner (5) with a diameter of 6 mm and a length of 200 mm made of stainless steel pipe was placed. Premixed flame (8) formed at the rim of the nozzle was recorded until the flame goes out using a high-speed camera (6) with a speed of 320 fps. Thermocouple of K type (9) was connected to the data logger to record the measured temperature into computer memory (10) by placing the sensor in the reaction zone position with a distance of 2 mm above the end of the burner as in Figure3.．

4.对植物油预混燃烧磁场取向影响的研究结果

4.1。稳定性和各种当量比和磁场的取向火焰特性

数据4.和5.显示椰子和麻疯树油的混合火焰。椰子油燃烧的当量比麻疯树油更稀薄。预混合椰子油火焰以低于0.83的当量比燃烧，预混合麻疯树油火焰以低于0.85的当量比燃烧。这说明椰子油比麻疯树油更难蒸发，因为椰子油的杆子比麻疯树的杆子更强，所以需要更多的空气来燃烧[35那36］．弱极性麻风树是波动比较大，所以燃烧反应变得更快，层流火焰速度比椰子略高。如从图看到的4.和5.，麻疯树火焰的反应区较椰子火焰的反应区厚。这说明燃料在麻风树火焰中的扩散速度大于反应速度。这是因为在较弱的电极上燃料分子移动更自由。相反，在椰子分子中，由于更强的极性分子吸引更强，反应速度也更快，所以移动就更困难。对火焰整体施加磁场使燃烧反应增强，从反应区变薄，火焰变短可以看出。这是因为磁铁使反应物中的电子变得更有能量，这是由于被磁场加速的电子的自旋。同时，氢质子自旋倾向于由对位态变为邻位态。磁场对椰子产生了更强的影响，因为椰子有比麻疯树更强的电极。36］．磁场的方向有两个椰子油和麻疯树油的影响相同的趋势。S-S和N-N字段的磁场不会改变火焰的稳定性。从火焰的影像中，可以看出，在S-S极（图4 (b)和5 (b)），火焰变得更清晰或稀，而在N-N极（图4 (c)和5 (c)）火焰较厚或更丰富。发生这种情况，因为氧气是顺磁性的氧气会在田间的方向上移动时₂携带热量的O产物是反磁性的，趋向于与磁场方向相反的运动。在S-S极，磁场的方向离开极，推动O₂进入情况H火焰₂O，它携带的热能，被火焰拉出。相反，在N-N极，磁场线输入的磁铁制造Ò₂虽然h₂将热量带入火焰中。这两种事件都取得了化学反应而不是最佳的。磁场S-N和N-S的取向效果更强。火焰变得更稳定地朝着更精简的等效比，从椰子火焰中的0.83〜0.74较小，同时在麻疹中为0.85至0.79。另外，二次火焰变得较薄，表示反应区中的燃烧反应变得更强。这发生了因为o₂跨过火焰被泵从S到N极情况H₂O作为热源从N极泵送到s，这种交叉传热和传质使反应达到最大。但如果从图斯的角度来看4 (d)那4 (e),5 (d)其中，N-S极的效应更强，这可能是由于全球磁取向的影响。

4.2。预混燃烧速度与磁场的各种等效比和方向

数据6.和7.显示椰子油和麻风树油的从图估计出的层流燃烧速度4.和5.．最大层流燃烧速度发生在当量比略高于1时。麻疯树的最大燃烧速度发生在比椰子更丰富的混合物中。这是因为麻疯树的电极较弱，所以挥发性更强，但它的电极较弱，吸引O₂而椰子的电杆更强，所以很难蒸发，但吸引更强的O₂．因为它是难以蒸发，椰子火焰的无磁铁的燃烧速度比麻风树的低。当燃料 - 空气混合物有更丰富的或贫的燃烧速度降低。椰子是因为它能够吸引更强的o能精简的混音更稳定₂．施加磁场使层流燃烧速度增加，因为电子变得更有能量，质子自旋倾向于向邻位态转变。与麻疯树油相比，椰子火焰的电极更强，因此其增加幅度更大。磁场使稀薄混合区域的层流燃烧速度增大，并在吸引磁极(N-S和S-N)处向稀薄混合区域趋于稳定。这表明磁铁有助于泵送顺磁性的氧气，并控制更多抗磁性H携带的热量₂O到火焰。在磁极方向的差异对燃烧的速度不同的效果。如之前所解释的，排斥磁极施加比吸引磁极影响较小。在N-N的排斥磁极产生了比S-S更高的燃烧速度，因为N-N泵更多的热量使得h₂O点燃火焰，S-S移开H₂O将产物的热量带出火焰。因此，在N-N极燃烧反应加快。由于在椰子上磁极方向的改变，燃烧速度的变化较大，说明产物的热量在H₂由磁体泵送ö成为燃烧椰子克服更强的分子间景点由于强电极的蒸发过程的重要因素。

4.3。各种等效比的温度和磁场的方向

数据8.和9.显示了椰子油和麻疯树油预混合燃烧的火焰温度。可以看出，温度随当量比的变化趋势紧随层流燃烧速度的变化趋势，因为燃烧速度表示燃烧反应的速率，即放热速率。虽然磁场提高了火焰的温度，但火焰速度越快，椰子的温度升高越低。这可能会发生，因为一些热量被用来蒸发椰子，由于更强的极性，更强的分子吸引力，椰子更难蒸发。此外，由于椰子碳链较短，其热值较低也是一个因素[34］．在温度到稀混合区域的减少是在麻风树，这表明麻风树火焰是在比椰子火焰稀混合物稳定更少更陡。这说明，分子的极性是帮助稳定燃烧的磁场非常有影响力。

4.4。在各种当量比的火焰高度和磁场的方向

数据10和11展示了在不同磁场方向下，椰油和麻疯树油的预混燃烧火焰的高度。麻风树火焰高于椰子油火焰。这说明麻疯树的火焰比椰子的火焰更不稳定，因为火焰越高，火焰的延展时间越长。磁场对麻疯树火焰缩短有较大影响。这是因为磁铁使电子更有能量，因此，反应速度的增加可以抵消麻疯树分子的扩散速度(图)5.）.

5.讨论

从一些先前的研究结果，众所周知，磁场在燃烧反应过程中具有重要作用[18那19那21那29-32］．所述第一磁场强度影响的分子键电子，这意味着它们会影响分子中的自旋电子的磁极。有了更快的自旋电子由于磁场，电子变得更有活力。这从燃烧椰子油和麻风树燃烧速度（附图中的增加在层4.-7.）.第二个角色是，磁场可以在燃料由对改变氢质子的自旋到邻位[18那19那21那29-32］．椰子中的较高极性吸引了更强的电子，因此在椰子油中变得越来越少[36，因此，氢的自旋是对位的。通过施加磁场，椰子上的质子自旋可以以较弱的化学键从对位转变为邻位，从而使燃烧反应发生得更快。椰子中从对位到正位的变化更为明显，由于其电极性比麻疯树强，层流燃烧速度增加得更高(图)4.-7.) [19］．在麻疯树中，这种现象出现在火焰的厚度从较厚到较薄的过程中5.）.厚火焰是Damkohler数原理的结果，它具有较短的反应物扩散时间和较长的反应时间。麻疯树分子因极性较低而弥散性较强，扩散时间较短。由于磁场作用，麻疯树油中的质子自旋转变为邻位自旋，并激发电子自旋，使反应时间缩短，反应区变薄。磁铁的第三个作用是吸引顺磁分子，在燃烧的情况下，顺磁分子是氧，排斥反磁分子，在燃烧的情况下，反磁分子是H的产物₂如图所示，它携带热量12．

燃烧过程由三个因素，即，空气或O的确定₂，燃料，和热。这里的燃料是椰子油和麻疯树油热时用H进行₂这三个组成部分，即O.控制，O-撤出₂，拒绝H₂而电子和质子自旋的变化将决定燃烧过程是否变得稳定、高效和低排放，或者反之。质子自旋由对位向邻位的变化和电子自旋动能由磁场强度决定，而燃料的热量和质量传递则由磁极方向决定。这两者的正确结合将决定燃烧的质量。

6.结论

实验研究已对椰子油和麻疯树油预混燃烧进行。该预混合燃烧过程从燃烧在磁场的方向上给定的磁场的圆筒型本生灯（N-S，S-N，N-N和S-S）进行观察。这项研究的主要结论如下。

磁场强度通过增加自旋电子和改变燃料中氢质子的自旋来提高植物油的层流燃烧速度。这种作用在极性越高的生物燃料中表现得越明显，因为电子与燃料分子的结合更强。

磁极的取向在O的输运中起着重要作用₂并且热传输携带由H₂在很大程度上决定了燃烧的稳定性和完成程度。

磁场强度和磁场方向的精确组合决定了燃烧的质量。

数据可用性

支持这项研究结果的数据已经被储存起来了https://figshare.com/authors/Dony_Perdana/7364801．

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

特别感谢到WIGO，Asroru和Hanifudin，本科生在机械工程，Maarif Hasyim拉蒂夫大学，诗都阿佐部，收集实验数据。这项研究是由Maarif Hasyim拉蒂夫大学，诗都阿佐资助。

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