Теоретичне та експериментальне дослідження тепло масообміну, випаровування та займання крапель бінарних розчинів етанолу та бутанолу в холодному повітрі

Автор(и)

  • О. К. Копійка Одеський національний університет імені І. І. Мечникова , Ukraine
  • В. В. Калінчак Одеський національний університет імені І. І. Мечникова , Ukraine
  • О. C. Черненко Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Ukraine
  • М. О. Іванов Одеський національний університет імені І. І. Мечникова , Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2023.61.291121

Ключові слова:

тепломасообмін, випаровування, спирти, розчин, крапля, термопара

Анотація

Представлені результати дослідження взаємозв’язаних процесів тепломасообміну  і кінетики випаровування одиночних крапель нижчих спиртів - етанолу, бутанолу та їх бінарних сумішей з початковим розміром крапель 1.5-2.5 мм в повітрі кімнатної температури при атмосферному тиску. Для опису процесів тепломасопереносу різних за початковим складом крапель паливної суміші запропоновані прогностичні оцінки динаміки зміни розміру, складу і температури крапель досліджуваних палив в ході їх випаровування. З врахуванням температурної залежності теплоти пароутворення запропонована аналітична залежність для оцінки температури поверхні краплі однокомпонентних палив, що випаровується. Порівняльний аналіз отриманих в рамках розглянутої моделі розрахункових даних дозволив запропонувати можливий механізм випаровування крапель бінарних паливних сумішей і пояснити деякі особливості в поведінці основних характеристик цього процесу. Показано, що підвіс у вигляді термопари якісно впливає на поведінку з часом температури і розміру краплі.

Посилання

Chan Ho Jeong, Hyung Ju Lee, Chang Kyoung Choi and Seong Hyuk Lee. Review of the binary mixture droplet evaporation studies // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2021. – Vol. 35. – P. 5259-5272. https://doi.org/10.1007/s12206-021-1101-3

Pin Chen,Malika Toubal, Julien Carlier, Souad Harmand,Bertrand Nongaillard, Maxence Bigerelle. Binary sessile drops evaporation: IR and acoustic methods for alcohol concentration tracking at the interface and the surface // Langmuir. – 2016. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b02564

Tugba Ozturk and H. Yildirim Erbil. Simple Model for Diffusion-Limited Drop Evaporation of Binary Liquids from Physical Properties of the Components: Ethanol-Water Example // Langmuir. – 2020. – Vol. 36. – P. 1357−1371. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b03590

Khellil Sefiane, Samuel David and Martin E. R. Shanahan. Wetting and Evaporation of Binary Mixture Drops // J. Phys. Chem. B. – 2008. – Vol. 112. – P. 11317–11323. https://doi.org/10.1021/jp8030418

Pradeep Gurrala, Pallavi Katre, Saravanan Balusamy, Sayak Banerjee, Kirti Chandra Sahu Evaporation of ethanol-water sessile droplet of different compositions at an elevated substrate temperature // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2019. – P. 145. – P. 118770. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118770

Amir A. Pahlavan, Lisong Yang, Colin D. Bain and Howard A. Stone. Evaporation of Binary-Mixture Liquid Droplets: The Formation of Picoliter Pancakelike Shapes // Physical Review Letters. – 2021. – Vol. 127. – P. 024501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.024501

Strotos G., Malgarinos I., Nikolopoulos N.. Gavaises M. Predicting the evaporation rate of stationary droplets with the VOF methodology for a wide range of ambient temperature conditions // Int. J. Therm Sci. – 2016. – Vol. 109. – P. 253-262. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.06.022

Bulavin L. A., Verbinska G. M., Brytan A. V., Stepowyi Ya. O. Model for Evaporation of Droplets of Ideal Alcohol Solutions in Diffusive and Transient Regimes // Ukrainian Journal of Physics. – 2022. – Vol. 67, no. 8. – P. 592. https://doi.org/10.15407/ujpe67.8.592

Korobko O. V., Brytan A. M., Verbinska G. M., Gavryushenko D. A. Effect of Ultraviolet Radiation on Evaporation of Suspended Alcohol Droplets // Ukrainian Journal of Physics. – 2019. – Vol. 60(4). – P. 318. https://doi.org/10.15407/ujpe60.04.0318

Savenko V. S., Verbinska G. M., Bulavin L. A. Computer Simulation of Evaporation Process of NaCl Aqueous Solution // Ukrainian Journal of Physics. – 2019. – Vol. 61, no. 9. – P. 812. https://doi.org/10.15407/ujpe61.09.0812

Sazhin S. Droplets and Sprays. – London : Springer Verlag, 2014. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-6386-2

Shen L. Z., Yan W. S., Biand Y. H., Lei J. L. Performance comparison of ethanol/diesel blends mixed in different methods of diesel engine // Journal of Combustion Science and Technology. – 2007. – Vol. 13(5). – P. 389.

Wallner T. A., Miers S. A., McConnell S. A Comparison of Ethanol and Butanol as Oxygenates Using a Direct-Injection, Spark-Ignition Engine // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2007. – Vol. 131(3). – P. 129. https://doi.org/10.1115/1.3043810

Jingnan Lu., Brigham Ch. J., Gai C. S. and Sinskey A. J. Studies on the production of branched-chain alcohols in engineered Ralstonia eutropha // Journal of Applied Microbiology and Biotechnology. – 2012. – Vol. 96(1). – P. 283. https://doi.org/10.1007/s00253-012-4320-9

Терехов В. И., Шишкин Н. Е. Температура поверхности испаряющихся капель бинарных растворов // Ползуновский вестник. – 2010. – Т. 1. – С. 55. http://elib.altstu.ru/journals/Files/pv2010_01/pdf/055terehov.pdf

Borodulin V. Y., Letushko V. N., Nizovtsev M. I., Ssterlyagov A. N. The Experimental Study of Evaporation of Water–Alcohol Solution Droplets // Colloid Journal. – 2019. – Vol. 81(3). – P. 219. https://doi.org/10.1134/S1061933X19030049

Makarov M. S., Makarova S. N. Heat and mass transfer at adiabatic evaporation of binary zeotropic solutions // Thermophysics and Aeromechanics. – 2016. – Vol. 23, iss. 1. – P. 23-32. https://doi.org/10.1134/S0869864316010030

Вербінська Г. М., Британ А. В., Карбовский В. Л., Клещонок Т. В. Випаровування спиртів та бінарних спиртових розчинів в дифузійному режимі // Фізика аеродисперсних систем. – 2019. – № 56. – С. 71. https://doi.org/10.18524/0367-1631.2019.56.170801

Олифиренко Ю. А., Копейка А. К., Калинчак В. В.., Дараков Д. С., Головко В. В. Моделювання випаровування крапель бінарної суміші нижчих спиртів // Фізика аеродисперсних систем. – 2016. – № 53. – C. 96. https://doi.org/10.18524/0367-1631.2016.53.159375

Watson K. M. Thermodynamics of the Liquid State // Ind. Eng. Chemю – 1943. – Vol. 35(4). – P. 398. https://doi.org/10.1021/ie50400a004

Yaws C. L. Thermophysical Properties of Chemicals and Hydrocarbons. – Norwich, NY : William Andrew, 2008. https://www.sciencedirect.com/book/9780815515968/thermophysical-properties-of-chemicals-and-hydrocarbons

Черненко О. С., Калінчак В. В., Дараков Д. С., Копійка О. К. Вплив підвісу на кінетику випаровування краплі рідкого палива // Фізика аеродисперсних систем. – 2015. – № 52. – С. 47. https://doi.org/10.18524/0367-1631.2015.52.159698

David R. Lide CRC Handbook of Chemistry and Physics / 85th Edition, Vol. 85. – CRC Press, Jun 29, 2004.

Фукс Н. А. Испарение и рост капель в газообразной среде. – Москва : Изд-во Академии наук СССР, 1958.

Калінчак В. В., Черненко О. С., Копійка О. К. Удосконалення аналітичної оцінки температур займання рідин // Пожежна безпека (Fire Safety). – 2023. – № 4. – 43-49. https://doi.org/10.32447/20786662.42.2023.05

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-09

Номер

Розділ

Тепломасообмін