Коллективные эффекты при формировании вторичных фрагментов в результате микровзрывной фрагментации композиционных топлив

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Микровзрывная фрагментация является ключевым явлением, на котором базируются современные методики вторичного измельчения композиционных топлив в промышленности. Реализация соответствующих процессов позволяет в кратное число раз (от 10–15 до 100–200 раз) уменьшить размер вторичных капель относительно начальных значений размеров родительских капель, формирующихся при распаде струй. В настоящем исследовании приведены результаты изучения коллективных эффектов при формировании вторичных фрагментов микровзрыва капель композиционных топлив. Проанализированы характеристики вторичных фрагментов при микровзрывной фрагментации группы из трех капель композиционных топлив. Использованы две топливные композиции: 90% дизельное топливо, 10% вода и 10% дизельное топливо, 90% вода. С помощью метода теневой съемки (Shadow Photography, SP) определены типичные размеры вторичных фрагментов, образующихся при фрагментации каждой из трех капель в группе. Установлены предельные расстояния (от 8 до 10 радиусов) между каплями, при которых интегральные характеристики фрагментации группы капель удовлетворительно соответствуют аналогичным характеристикам распада одиночных капель. При меньших расстояниях между каплями зарегистрированы существенные отличия характеристик вторичных капель, формирующихся в результате микровзрывной фрагментации композиционных топлив.

Об авторах

Дмитрий Владимирович Антонов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: antonovdv132@gmail.com

(р. 1996) — аспирант, младший научный сотрудник

Россия, 30 Lenin Av., Tomsk 634050

Роман Михайлович Федоренко

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: vfedrm@gmail.com

(р. 1997) — аспирант, младший научный сотрудник

Россия, 30 Lenin Av., Tomsk 634050

Павел Александрович Стрижак

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: pavelspa@tpu.ru

(р. 1985) — доктор физико-математических наук, профессор

Россия, 30 Lenin Av., Tomsk 634050

Список литературы

  1. Alkhedhair A., Jahn I., Gurgenci H., Guan Z., He S. Parametric study on spray cooling system for optimising nozzle design with pre-cooling application in natural draft dry cooling towers // Int. J. Therm. Sci., 2016. Vol. 104. P. 448–460. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2016.02.004.
  2. Sazhin S. S. Modelling of fuel droplet heating and evaporation: Recent results and unsolved problems // Fuel, 2017. Vol. 196. P. 69–101. doi: 10.1016/j.fuel.2017.01.048.
  3. Ayhan V., Tunca S. Experimental investigation on using emulsified fuels with different biofuel additives in a DI diesel engine for performance and emissions // Appl. Therm. Eng., 2018. Vol. 129. P. 841–854. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2017.10.106.
  4. Tonini S., Gavaises M., Theodorakakos A. The role of droplet fragmentation in high-pressure evaporating diesel sprays // Int. J. Therm. Sci., 2009. Vol. 48. P. 554–572. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2008.03.020.
  5. Fujimoto H., Tong A. Y., Takuda H. Interaction phenomena of two water droplets successively impacting onto a solid surface // Int. J. Therm. Sci., 2008. Vol. 47. P. 229–236. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2007.02.006.
  6. Tarlet D., Bellettre J., Tazerout M., Rahmouni C. Prediction of micro-explosion delay of emulsified fuel droplets // Int. J. Therm. Sci., 2009. Vol. 48. P. 449–460. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2008.05.005.
  7. Tarlet D., Mura E., Josset C., Bellettre J., Allouis C., Massoli P. Distribution of thermal energy of child-droplets issued from an optimal micro-explosion // Int. J. Heat Mass Tran., 2014. Vol. 77. P. 1043–1054. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.06.054.
  8. Tarlet D., Allouis C., Bellettre J. The balance between surface and kinetic energies within an optimal micro-explosion // Int. J. Therm. Sci., 2016. Vol. 107. P. 179–183. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2016.04.008.
  9. Volkov R. S., Strizhak P. A. Research of temperature fields and convection velocities in evaporating water droplets using Planar Laser-Induced Fluorescence and Particle Image Velocimetry // Exp. Therm. Fluid Sci., 2018. Vol. 97. P. 392–407. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2018.05.007.
  10. Ithnin A. M., Noge H., Kadir H. A., Jazair W. An overview of utilizing water-in-diesel emulsion fuel in diesel engine and its potential research study // J. Energy Inst., 2014. Vol. 87. P. 273–288. doi: 10.1016/j.joei.2014.04.002.
  11. Yoon S., Lee S., Kwon H., Lee J., Park S. Effects of the swirl ratio and injector hole number on the combustion and emission characteristics of a light duty diesel engine // Appl. Therm. Eng., 2018. Vol. 142. P. 68–78. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2018.06.076.
  12. Mura E., Josset C., Loubar K., Huchet G., Bellettre J. Effect of dispersed water droplet size in microexplosion phenomenon for water in oil emulsion // Atomization Spray., 2010. Vol. 20. P. 791–799. doi: 10.1615/AtomizSpr.v20.i9.40.
  13. Khan M. Y., Abdul Karim Z. A., Aziz A. R. A., Heikal M. R., Crua C. Puffing and microexplosion behavior of water in pure diesel emulsion droplets during Leidenfrost effect // Combust. Sci. Technol., 2017. Vol. 189. P. 1186–1197. doi: 10.1080/00102202.2016.1275593.
  14. Antonov D., Piskunov M., Strizhak P., Tarlet D., Bellettre J. Dispersed phase structure and micro-explosion behavior under different schemes of water–fuel droplets heating // Fuel, 2020. Vol. 259. P. 116241. doi: 10.1016/j.fuel.2019.116241.
  15. Avulapati M. M., Ganippa L. C., Xia J., Megaritis A. Puffing and micro-explosion of diesel–biodiesel–ethanol blends // Fuel, 2016. Vol. 166. P. 59–66. doi: 10.1016/ j.fuel.2015.10.107.
  16. Rao D. C. K., Syam S., Karmakar S., Joarder R. Experimental investigations on nucleation, bubble growth, and micro-explosion characteristics during the combustion of ethanol / Jet A-1 fuel droplets // Exp. Therm. Fluid Sci., 2017. Vol. 89. P. 284–294. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2017.08.025.
  17. Ojha P. K., Maji R., Karmakar S. Effect of crystallinity on droplet regression and disruptive burning characteristics of nanofuel droplets containing amorphous and crystalline boron nanoparticles // Combust. Flame., 2018. Vol. 188. P. 412–427. doi: 10.1016/j.combustflame.2017.10.005.
  18. Avulapati M. M., Megaritis T., Xia J., Ganippa L. Experimental understanding on the dynamics of micro-explosion and puffing in ternary emulsion droplets // Fuel, 2019. Vol. 239. P. 1284–1292. doi: 10.1016/j.fuel.2018.11.112.
  19. 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 Astronaut., 2019. Vol. 160. P. 258–269. doi: 10.1016/j.actaastro.2019.04.048.
  20. Antonov D. V., Piskunov M. V., Strizhak P. A. Breakup and explosion of droplets of two immiscible fluids and emulsions // Int. J. Therm. Sci., 2019. Vol. 142. P. 30–41. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.04.011.
  21. Antonov D. V. Volkov R. S., Fedorenko R. M., Strizhak P. A., Castanet G., Sazhin S. S. Temperature measurements in a string of three closely spaced droplets before the start of puffing/micro-explosion: Experimental results and modelling // Int. J. Heat Mass Tran., 2021. Vol. 181. P. 121837. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121837.
  22. Antonov D. V., Fedorenko R. M., Strizhak P. A. Child droplets produced by micro-explosion and puffing of two-component droplets // Appl. Therm. Eng., 2019. Vol. 164. P. 114501. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114501.
  23. Антонов Д. В., Стрижак П. А. Интенсификация парообразования и вторичного измельчения капель огнетушащих составов // Письма в ЖТФ, 2020. Т. 46. № 3. С. 23–26.
  24. Yaws L. C. Yaws’ handbook of thermodynamic and physical properties of chemical compounds // Norwich, NY, USA: Knovel, 2003.
  25. Antonov D., Bellettre J., Tarlet D., Massoli P., Vysokomornaya O., Piskunov M. Impact of holder materials on the heating and explosive breakup of two-component droplets // Energies, 2018. Vol. 11. P. 3307. doi: 10.3390/en11123307.
  26. Voytkov I., Volkov R., Strizhak P. Reducing the flue gases temperature by individual droplets, aerosol, and large water batches // Exp. Therm. Fluid Sci., 2017. Vol. 88. P. 301–316. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2017.06.009.
  27. Antonov D. V, Fedorenko R. M., Strizhak P. A. Micro-explosion and puffing of a group of two-component droplets // Appl. Therm. Eng., 2020. Vol. 181. P. 116023. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2020.116023.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».