Исследование влияния химической природы эмульгаторов на взрывное разрушение капель эмульсионных топлив при нагреве

Объект исследования представляет явление соударения капли обратной эмульсии с твердой нагретой и не нагретой поверхностью и последствия такого соударения при различных режимах теплообмена. Целью проекта является экспериментальное исследование влияния природы и типа эмульгатора на фазовое поведение и свойства обратных эмульсий типа "вода в масле" при повышенных температурах, а также на процессы взрывного разрушения сформированных двухфазных жидкостей при нагреве. Предлагаемые подходы и методы подробно описаны в Главах 2-6 данного отчета. Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование взаимодействия капель ньютоновской и неньютоновской (Бингамовской) эмульсий с твердой не нагретой поверхностью. Существующие модели максимального растекания модифицированы и адаптированы к соударению капель эмульсий путем включения дополнительного слагаемого в виде поверхностной энергии на границе «жидкость–жидкость» в капле эмульсии и числа Рейнольдса для неньютоновских жидкостей в уравнение сохранения энергии. Выведена универсальная эмпирическая модель максимального растекания, учитывающая совместное влияние температурной зависимости динамической вязкости жидкостей, поверхностного натяжения и температуры поверхности нагрева на максимальный диаметр растекания на нагретой твердой поверхности. Выполнено экспериментальное исследование динамических и кинематических характеристик неустановившегося движения капли обратной эмульсии при соударении с твердой нагретой стенкой в условиях конвективного испарения. Установлен линейный тренд снижения значений геометрических характеристик коронообразной структуры (максимального диаметра и высоты) при росте температуры поверхности при взаимодействии капель эмульсий. Температура поверхности взаимодействия при конвективном теплообмене влияет на свойства жидкостей в капле, которые в свою очередь определяют время жизни короны как целостной структуры при разбрызгивании. Предложен сложный механизм нестабильности, в рамках которого термокапиллярная конвекция является причиной длинноволновой нестабильности Марангони, а термогравитационная конвекция с источником градиента поверхностного натяжения, вызванного диффузионным теплопереносом, приводит к нестабильности Рэлея-Бенара. Измерены времена и площади контакта, а также плотности теплового потока для капель н-декана, дистиллированной воды и стабилизированных эмульгатором Спан 80 эмульсий на их основе, взаимодействующих с нагретой поверхностью в режиме пузырькового кипения. Определены характеристики вторичных капель, возникающих из-за разрушения тонкого растекающегося слоя капли, замкнутого ободом, в условиях высоких значений чисел Вебера и пленочного кипения. Результаты исследований, связанные с условием отсутствия скольжения, особенностями неустойчивого равновесия жидкости и взаимосвязанным влиянием теплообмена и свойств жидкостей на процессы взаимодействия капель эмульсий со стенкой, критически важны при моделировании сопряженных задач механики жидкости и тепломассообмена для сложных жидкостей в рамках многочисленных спрейных технологий и, в первую очередь, при формировании топливно-воздушной смеси в камерах сгорания перед ее зажиганием.