НОВІ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ПІДХОДИ ДО ВИВЧЕННЯ ГОРІННЯ КРАПЕЛЬ ВОДОПАЛИВНИХ ЕМУЛЬСІЙ

doi:10.26565/2222-5617-2025-43-05

М. О. Іванов Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, вул. В. Змієнка, 2, Одеса 65082, Україна https://orcid.org/0009-0006-1547-4067
О. С. Черненко Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, вул. В. Змієнка, 2, Одеса 65082, Україна https://orcid.org/0000-0002-3722-0694

DOI: https://doi.org/10.26565/2222-5617-2025-43-05

Ключові слова: випаровування, горіння, краплі, водопаливні емульсії, пульсації

Анотація

На основі огляду відомих методів дослідження горіння крапель робиться висновок, що горіння емульсій супроводжується явищем мікровибухів: поділом первинної краплі на вторинні. При цьому в залежності від інтенсивності підводу тепла можливий як невеликий викид матеріалу, так і руйнування краплі загалом. Використання емульсій важливе в напрямку зменшення викидів окислів азоту та збільшення повноти згорання рідкого палива. Метою цієї роботи є огляд власних методик дослідження горіння крапель емульсій, які мають ряд переваг.

У методі поруватої кульки описано нову методику проведення експрес-аналізу на швидкість вигорання рідини. Кулька, що змочена горючою рідиною, розміщується на спеціальній підставці на ваги. На залежності маси кульки від часу є лінійна ділянка, яка визначає швидкість горіння рідини. На відміну від існуючих методів, його перевагою є швидкість, повторюваність, використання малої кількості рідини та можливість швидко порівнювати швидкість горіння різних композиційних речовин, у тому числі емульсії.

Оригінальним методом є використання як електричного тригера виникнення мікровибухів високочастотного електричного розряду. Навіть невелика теплова потужність стримера достатня для спостереження пульсацій діаметра краплі емульсії в часі. Розглянута поведінка краплі емульсії вода-дизельне паливо (50%/50%), де вода має суттєво меншу температуру кипіння, ніж дизельне паливо. Стример, що проходить повз краплю на термопару, спочатку не встигає нагріти повністю всю краплю. Тому поблизу спаю утворюється парова бульбашка з водяних парів, яка розширяється, рухається від спаю термопари і лускається поблизу зовнішньої поверхні краплі. Це і призводить до викиду матеріалу емульсії (період пульсацій 10–25 мс). По мірі прогрівання всієї краплі, розширятися і лускатися будуть одночасно багато бульбашок, що призводить до появи більшої кількості мініпульсацій (2–3 мс).

У методі стаціонарної краплі реалізована постійна подача емульсії через голку всередині на порувату металеву частинку. Продемонстровано появу мікровибухів на поверхні краплі, що горить. Вказана можливість використання високочастотного електричного розряду при горінні емульсій з великим вмістом води (до 60%).

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

1. A. Yarin. Annual Review of Fluid Mechanics, 38 (1), 159 (2006).
https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.38.050304.092144
2. E. Villermaux. Annual Review of Fluid Mechanics, 39, 419 (2007).
https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.39.050905.110214
3. A. Sartomo, B. Santoso, O. Muraza. Energy Conversion and Management, 213, 112817 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112817
4. C. T. Avedisian, R. P Andres. Journal of Colloid and Interface Science, 64, 438 (1978). https://doi.org/10.1016/0021-9797(78)90386-7
5. V. Califano, R. Calabria. Fuel. 117, 87 (2014). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.08.073
6. C. Law, C. Lee, N. Srinivasan. Combust. Flame, 37, 125 (1980). https://doi.org/10.1016/0010-2180(80)90080-2
7. C. Law. Combust. Sci. Technol., 17, 29 (1977) https://doi.org/10.1080/00102209708946810
8. J. Shinjo, J. Xia, L.C. Ganippa, A. Megaritis. Phys. Fluids, 26, 103302 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4897918
9. S. Priyadarshini, A. Yadav, A. Kushari, D. Chaitanya Kumar Rao. International Journal of Multiphase Flow, 193, 105418 (2025). https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2025.105418
10. H. Kim, S. Wook. Baek. Energy, 106, 422 (2016). https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.03.006
11. M. Strizhak, V. Piskunov, R. Volkov, J. Legros. Chemical engineering research and design, 127. 72 (2017) http://dx.doi.org/10.1016/j.cherd.2017.09.008
12. D. Zang, Y. Yu, Z. Chen, X. Li, H. Wu, X. Geng. Advances in Colloid and Interface Science, 243, 77 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.03.003.
13. I. Marková, J. Lauko, L. Makovická Osvaldová, V. Mózer, J. Svetlík, M. Monoši and M. Orinˇcák. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17, 411 (2020). https://doi.org/10.3390/ijerph17020411
14. J. Wang, X. Cui, R. Zhang, Q. Xie, S. Zhang, L. Shi. International Journal of Thermal Sciences, 166, 106984 (2021) https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2021.106984
15. О. Chernenko, G. Shyngarev, М. Ivanov, V. Kalinchak, О. Kopiyka. Physics of Aerodisperse Systems, 60, 105 (2022). https://doi.org/10.18524/0367-1631.2022.60.267068 (in Ukrainian)
16. О. Chernenko, К. Timofienko, М. Ivanov. Physics of Aerodisperse Systems, 61, 212 (2023) https://doi.org/10.18524/0367-1631.2023.61.292235 (in Ukrainian)
17. V. Shevchuk, А. Nimich, О. Chernenko, О. Sydorov., М. Ivanov. Collection of scientific works of Odesa Military Academy, 2(20), 139 (2023). https://doi.org/10.37129/2313-7509.2023.20.139-148. (in Ukrainian)
18. В. Shevchuk, О. Chernenko, О. Sydorov., М. Ivanov, А. Nimich. Odesa National University Herald. Chemistry, 29, 2 (2024). https://doi.org/10.18524/2304-0947.2024.2(88).322132 (in Ukrainian).