Випаровування крапель горючих рідин в електричному розряді
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2023.61.292235Ключові слова:
електричний розряд, крапля, випаровування, мікровибух, водопаливана емульсіяАнотація
Розглядається випаровування краплі рідин при дії високочастотного електричного розряду. Краплі підвішувалися на термопару і знаходилася в повітрі кімнатної температури. Аналіз проводився в припущенні, що дія розряду є тепловою. Показано, крапля чистого рідкого палива (етанол і дизельне паливо) випаровується згідно закону d2. При цьому швидкість випаровування в залежності від відстані до електроду приймає максимальне значення. Аналіз швидкості зменшення маси краплі дозволило оцінити теплову потужність розряду, яка також при віддалені електроду від краплі проходить через максимум.
При випаровуванні крапель емульсії (з вмістом води до 50%) після стадії прогрівання спостерігаються пульсації геометричного розміру. Розмір краплі з певною частотою періодично змінюється поблизу деякого середнього значення, яке з часом «випаровування» зменшується.
Побудована фізико-математична модель розігріву краплі при тепловій дії розряду. Пульсації пояснюються випаровуванням глобул води всередині краплі емульсії, подальшим збільшенням розмірів парових бульбашок до виникнення «мікровибуху» краплі. Втрата матеріалу емульсії при дії електричного розряду відбувається в основному за рахунок викидів під час мікровибухів. Тобто електричний розряд приводить до диспергування крапель емульсій з великим вмістом води на відміну від крапель індивідуальних горючих рідин.
Зменшення вмісту води та потужності електричного розряду призводить до збільшення періоду пульсацій.
Посилання
Pei X,, Guida P., AlAhmadi K. M., Al Ghamdi I. A., Saxena S., Roberts W. L. Cenosphere formation of heavy fuel oil/water emulsion combustion in a swirling flame // Fuel Processing Technology. – 2021. – Vol. 216. – P. 106800. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.106800
Jinkyu Park, Jungmo Oh. Study on the characteristics of performance, combustion, and emissions for a diesel water emulsion fuel on a combustion visualization engine and a commercial diesel engine // Fuel. – 2022. – Vol. 311. – P. 122520. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122520
Antonov D. V., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Comparison of the characteristics of micro-explosion and ignition of two-fluid water-based droplets, emulsions and suspensions, moving in the high-temperature oxidizer medium // Acta Astronautica. – 2019. – Vol. 160. – P. 258–269. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.04.048
Alessandro Stagni, Raffaela Calabria, Alessio Frassoldati, Alberto Cuoci, Tiziano Faravelli, Fabio Chiariello, and Patrizio Massoli Kinetic Modeling of the Ignition of Droplets of Fast Pyrolysis Bio-oil: Effect of Initial Diameter and Fuel Composition // Ind. Eng. Chem. Res. – 2021. – Vol. 60. – P. 6719−6729. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c05981
Weiwei Shang, Shouyin Yang, Tiemin Xuan, Zhixia He, and Jiawei Cao Experimental Studies on Combustion and Microexplosion Characteristics of N‑Alkane Droplets // Energy Fuels. – 2020. – Vol. 34, no. 12. – P. 16613–16623. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c02904
Chi-Yao Chao, Hsuan-Wei Tsai, Kuo-Long Pan, Chih-Wei Hsieh On the microexplosion mechanisms of burning droplets blended with biodiesel and alcohol // Combustion and Flame. – 2019. – Vol. 205. – P. 397-406. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2019.04.017
D. O. Glushkov, G. V. Kuznetsov, A. G. Nigay, O. S. Yashutina Heat and mass transfer induced by the ignition of single gel propellant droplets// Journal of the Energy Institute. – 2019. – Vol. 92, iss. 6. – P. 1944-1955. https://doi.org/10.1016/j.joei.2018.10.017
E. Mura, R. Calabria, V. Califano, P. Massoli, J. Bellettre. Emulsion droplet micro-explosion: Analysis of two experimental approaches // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2014. – Vol. 56. – P. 69-74. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.11.020
Hoxie, R. Schoo, J. Braden. Microexplosive combustion behavior of blended soybean oil and butanol droplets // Fuel. – 2014. – Vol. 120. – P. 22-29. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.11.036
Shuhn-Shyurng Hou, Fakhrur M. Rizal, Ta-Hui Linb, Tzu-Yueh Yang, Hou-Peng Wan Microexplosion and ignition of droplets of fuel oil/bio-oil (derived from lauan wood) blends // Fuel. – 2013. – Vol. 113. – P. 31-42. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.05.066
Pavel A. Strizhak, Maxim V. Piskunov, Roman S. Volkov, Jean C. Legros Evaporation, boiling and explosive breakup of oil–water emulsion drops under intense radiant heating // Chemical engineering research and design. – 2017. – Vol. 127. – P. 72-80. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.09.008
Daniil S. Romanov, Ksenia Yu. Vershinina, Pavel A. Strizhak Ignition and combustion of a group of waste-derived fuel slurry droplets: Mutual influence upon low-temperature convective heating // Fuel. – 2023. – Vol. 348, no. 15, 128578. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.128578
Стариков М. А., Хлебникова М. Е., Буланин Ф. К., Сидоров А. Е., Полетаев Н. И., Шевчук В. Г. Горение диспергированного жидкого и твердого топлива в присутствии электрических разрядов // Фізика аеродисперсних систем. – 2018. – № 55. – С. 59-70.
Хитрин Л. Н. Физика горения и взрыва. – Москва : Московский университет, 1957. – 452 с.
Особливості випаровування та горіння краплин водопаливних емульсій важких вуглеводнів : автореф. дис. ... канд. фіз.-мат. наук : 01.04.17 / В. В. Опятюк; Одес. нац. ун-т ім. І.І. Мечникова. – О., 2012. – 20 c. – укp.
Кондратьев Е. Н., Опятюк В. В. Некоторые особенности испарения капель водотопливных эмульсий при пульсационном режиме // Фізика аеродисперсних систем. – 2004. – Т. 41. – С. 190-195.
Kopiyka O. K., Kalinchak V. V., Chernenko A. S. Evaporation of droplets of binary mixtures of lower monohydric alcohols in heated air // Ukr. J. Phys. – 2023. – Vol. 68, no. 10. – Р. 660. https://doi.org/10.15407/ujpe68.10.660
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
