Bir Elektrosprey Enjektörün Deneysel İncelemesi

Abstract

Mikro elektromekanik sistemler (MEMS) teknolojisi sayesinde birçok cihaz, mikro, hatta nano boyutlarda üretilmektedir. Bu cihazların gereksinimleri de kendi boyutları doğrultusunda olmaktadır. Örneğin, bir nano uydunun yörünge kontrolü için gereken itki miktarının mili Newton mertebesinde olması ya da ufak bir yanma sisteminin çalışabilmesi için gereken yakıt damlacığının mikron mertebesinde olması, eski yöntemlerin bir kenara bırakılması gerekliliğini doğurmuştur. Elektrosprey enjeksiyonu tekniği, bu gibi durumlarda kullanılabilecek bir yöntemdir. Çünkü bu teknik, her debi değeri için eşit parçacık boyutu dağılımı sağlayan yegâne tekniktir. Bu sebeple, elektrosprey tekniği minyatür enerji dönüşümü cihazlarında sıvı hidrokarbonların atomizasyonu için de oldukça uygundur. Bu çalışmada elektrosprey teorisi kısaca ele alındıktan sonra bir elektrosprey sisteminin tasarımı, karakterizasyonunu ve ekstraktör elektrodunun elektrosprey davranışına etkisi anlatılmaktadır. Deneylerde dielektrik sıvı olarak metanol ve etanol kullanılmıştır. Kılcal tüp olarak, cam kapiler tüp ile insülin iğnesi ucu kullanılmıştır. Bunların iç çapları sırasıyla, 0.1 mm ve 0.23 mm’dir. Bir reosta yardımı ile sıvıya uygulanan gerilimin ekstraktör elektroduna uygulanan gerilime oranı değiştirilebilmektedir. Değişik delik çaplarındaki ve kılcal tüpün ucuna değişik mesafelerde konumlandırılmış ekstraktör elektrodlarının elektrosprey davranışına etkisi parametrik olarak incelenmiştir. 3 mm ve 3.8 mm değerleri için başlangıç ve koni jeti rejiminin bozulduğu bitiş voltajı değerleri bulunmuştur. Bu iki değerin de ekstraktör ve sıvı arasındaki gerilim oranın artması ile orantılı olarak arttığı gözlemlenmiştir. Bulunan sonuçlar teori ile de uyumludur. Aynı zamanda ölçülen başlangıç voltajı değerlerinin de teorik değerlere yakın olduğu gözlemlenmiştir. 5.2 mm ekstraktör çapı değeri için sadece başlangıç voltajı bulunmuştur. Ölçülen başlangıç voltajı değerlerinin teorik değerlere yakın olduğu gözlenmiştir. Bu bulgular, çoklu elektrosprey sistemi tasarlarken kullanılabilecek niteliktedir. Özellikle bitiş voltajı değerleri, çoklu elektrosprey sistemine ait bir ekstraktör yüzüğü tasarımında kullanılabilecek en büyük delik çapı hakkında bilgi verebilir

Keywords

• Elektrosprey, Ekstraktör Elektrodu, Yakıt Enjeksiyonu, Taylor Konisi

Experimental Investigation of an Electrospray Injector

Abstract

Many devices can be produced in micro, even nano scales with the aid of MEMS technology. These devices’ requirements are associated with their respective dimensions. For example, required thrust for the orbital control of a nano satellite is in the order of millinewtons, or the required droplet size for operating a small combustion system is only in the order of a few microns. These requirements dictate old methods to be put aside. Nevertheless, electrospray technique is quite suitable for such applications. This is a unique technique in the sense that it provides equal droplet size distribution at very low flow rates. Thus, electrospray injection is a rather proper choice for liquid hydrocarbon atomization in miniature energy conversion devices. In this study, electrospray theory is briefly described, and then design and characterization of an electrospray system presented and the effect of extractor electrode on electrospray behavior is discussed. Methanol and ethanol are used as dielectric liquids in the experiments. Glass capillary tube and insulin needle were used as conduits for electrospray injection with their respective radiuses of 0.1 mm and 0.23 mm respectively. Ratio between the liquid extractor voltages can be adjusted by means of a rheostat. Various extractor radius values and different extractor to capillary distances are examined during parametric study. Starting and ending voltages are measured for 3 mm and 3.8 mm extractor radius values. At the ending voltage the conical form of electrospray injection is altered such that the electrospray is not able to flow regularly. Starting and ending voltages increase in direct proportion to the increase of extractor to liquid voltage ratio. These results are consistent with the theory. Besides, measured starting voltage is quite similar to the calculated value. Only starting voltage was measured for 5.2 mm extractor radius. These results can be utilized for the design of multiplexed array of fuel emitters. Especially, ending voltage values provide an idea to designer in terms of maximum hole diameter on the extractor ring, which could be used in multiplexed electrospray systems

Keywords

• Electrospray, Extractor Electrode, Fuel Injection, Taylor Cone