Вивчення кінетики випаровування та горіння крапель парафiнового палива
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2025.63.347254Ключові слова:
парафіни, алкани, доказан, краплі, випаровування, стала випаровування, коефіцієнт дифузії, горіння, стала горінняАнотація
В роботі досліджуються процеси випаровування і горіння крапель вищих алканів октадекана і докозана в повітрі. Актуальність цих досліджень обумовлена необхідністю пошуку ефективних палив для гібридних двигунів. Парафін є легкоплавким матеріалом, який може використовуватись в якості екологічно чистого і високоенергетичного палива. Метою даної роботи є дослідження кінетики випаровування та горіння крапель октадекану і докозану, встановлення механізмів цих процесів, визначення сталих випаровування та горіння, а також коефіцієнта дифузії пари вказаних алканів в повітрі. Дослідження проводилися за допомогою розробленого раніше методу визначення швидкостей випаровування та горіння крапель з реєстрацією процесів в реальному часі і комп’ютерною обробкою цифрових зображень. Для досліджень використовувались краплі діаметром від 1,3 мм до 2,05 мм. Випаровування чистих алканів вивчалося в температурному інтервалі 360-510 К. Горіння крапель ініціювалося від потужного іскрового розряду, займання відбувалось миттєво.
Отримано наступні результати. Для всіх досліджуваних крапель алканів підтвердився дифузійний механізм горіння, були визначені сталі швидкості горіння і висота полум’я в процесі горіння. Отримано, що, в залежності від початкового діаметру краплі, стала горіння докозану на 15-40 % менша, ніж октадекану. Проаналізовано вплив природньої конвекції на характеристики горіння.
Дослідження процесу випаровування крапель октадекану і докозану в повітряному середовищі при різних температурах також підтвердили лінійний характер зміни квадрата діаметру крапель з часом (d2 – закон). Отримано, що в температурному інтервалі Т=470 ÷ 510 К швидкість випаровування октадекана в 5 разів більша, ніж докозану. По експериментально знайденим сталим швидкостей випаровування проведена оцінка коефіцієнту дифузії пари досліджуваних парафінів в повітрі. Отримано, що при однаковій температурі значення коефіцієнту дифузії пари октадекану на порядок вищий, ніж докозану.
Посилання
Keith Bartle E.M. Fitzpatrick J.M. Jones M.L. Kuback The combustion of droplets of liquid fuels and biomass particles//Fuel . – 2011, Vol. 90, Iss. 3. – P. 1113-1119.
Ahmad Fuad Abdul Rasid, Yang Zhang. Combustion Phases of Evaporating Neat Fuel Droplet// Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. – 2022. – Vol. 96, Iss.1. – P. 60-69.
Shah Shahood Alam. Burning Behavior of Liquid Fuel Droplets//International Journal of Engineering Research and Applications. –2015. – Vol.5, Iss. 6. – P. 43-54.
Zheng L., Wei C., Zhang Y., Khandelwal B. Experimental investigation on droplet evap-oration characteristics during combustion of future and current aviation fuels with range of properties//The Aeronautical Journal. – 2023. – 127. – P. 1952–1967.
Сéline Morin, Christian Chauveau, Philippe Dagaut, Iskender Gökalp, Michel Ca-thonnet. Vaporization and oxidation of liquid fuel droplets at high temperature and high pressure: application to n-alkanes and vegetable oil methyl esters // Combustion Science and Technology. – 2004. – Vol. 176, Iss. 4. – P. 499-529.
Орловська С.Г. , Шкоропадо М.С. , Карімова Ф. Ф., Односталко А.О. Вивчення ви-сокотемпературного тепломасообміну і кінетики фазових перетворень при горінні вищих алканів в повітрі// Фізика і хімія твердого тіла. – 2015. – Т. 16, № 2. – С. 347-350.
Orlovskaya S.G., Kalinchak V.V., Shkoropado M.S., Karimova F.F.,.Chernyak V.Ya, Vergun O.Y. Іnvestigation of paraffin droplets burning // Ukr. J. Phys. – 2014. – Vol. 59, Iss. 4. – Р. 396-400.
Kirsty Veale, Sarp Adali, Jean Pitot, Michael Brooks. A review of the performance and structural considerations of paraffin wax hybrid rocket fuels with additives // Acta As-tronautica. – 2017. – Vol. 141. – P. 196-208.
Santos L.M.C., Almeida L.A.R., Fraga A.M., Veras C.A.G. Experimental in-vestigation of a paraffin based hybrid rocket//Thermal Engineering. – 2006 . – Vol.5, Iss.1. – P.8. –12.
Kevin Lohner, Jonny Dyer, Eric Doran, and Zachary Dunn Fuel Regression Rate Characterization Using a Laboratory Scale Nitrous Oxide Hybrid Pro-pulsion System //AIAA. – 2006. – 4671. – P.1-16.
Yu Cheng Liu, Yuhao Xu, Michael C. Hicks Comprehensive study of initial diameter effects and other observations on convection-free droplet combus-tion in the standard atmosphere for n-heptane, n-octane, and n-decane // Combustion and Flame. – 2016. – Vol. 171. – Р.27-41.
##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).
