Випаровування крапель бінарних сумішей нижчих одноатомних спиртів у нагрітому повітрі
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.10.660Ключові слова:
випаровування, спирти, розчин, крапля, термопараАнотація
Представленi результати дослiдження процесу випаровування одиночних крапель нижчих спиртiв – етанолу, бутанолу та їх бiнарних сумiшей з початковим розмiром крапель 1,5–2,5 мм у нагрiтому повiтрi при атмосферному тиску. Показано, що друга точка перегину на часовiй залежностi температури i квадрата дiаметра дозволяє роздiлити час випаровування на двi стадiї: 1) одночасне випаровування обох спиртiв з переважним вмiстом бiльш летючого спирту та 2) стадiї випаровування важколетючого спирту. Термопара, що в умовах експерименту нагрiвалася в печi, приводила до зменшення часу випаровування краплi i збiльшення стацiонарної температури випаровування краплi. При температурах повiтря, вищих за температуру кипiння рiдинного палива рiзниця мiж температурами газового середовища i поверхнi краплi, що випаровується, лiнiйно залежить вiд температури газового середовища. Запропоновано формулу для розрахунку в нагрiтому повiтрi температури випаровування краплi бiнарного розчину, що дозволяє оцiнити температуру, при якiй починається квазистацiонарне випаровування краплi з малою швидкiстю збiльшення температури. При розрахунках використовувалася температурна залежнiсть питомої теплоти пароутворення та вiдмiннiсть числа Льюїса вiд одиницi. Наголошується на необхiдностi врахування течiї Стефана в фiзико-математичному моделюваннi.
Посилання
Chan Ho Jeong, Hyung Ju Lee, Chang Kyoung Choi, Seong Hyuk Lee. Review of the binary mixture droplet evaporation studies. J. Mech. Sci. Technol. 35, 12 (2021).
https://doi.org/10.1007/s12206-021-1101-3
D. Brutin, V. Starov. Recent advances in droplet wetting and evaporation. Chem. Soc. Rev. 47, 558 (2018).
https://doi.org/10.1039/C6CS00902F
P. Gurrala, S. Balusamy, S. Banerjee, K.C. Sahu. A review on the evaporation dynamics of sessile drops of binary mixtures: challenges and opportunities. Fluid Dynam. Mater. Process. 17, 253 (2021).
https://doi.org/10.32604/fdmp.2021.014126
M. Sharma, S.S. Mondal, P.K. Roy, K. Khare. Evaporation dynamics of pure and binary mixture drops on dry and lubricant coated slippery surfaces. J. Colloid Interf. Sci. 569, 244 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.02.074
P. Chen, M. Toubal, J. Carlier, S. Harmand, B. Nongaillard, M. Bigerelle. Binary sessile drops evaporation: IR and acoustic methods for alcohol concentration tracking at the interface and the surface. Langmuir 32, 9836 (2016).
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b02564
T. Ozturk, H.Y. Erbil. Simple model for diffusion-limited droplet evaporation of binary liquids from physical properties of the components: ethanol-water example. Langmuir 36, 1357 (2020).
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b03590
K. Sefiane, S. David, M.E.R. Shanahan. Wetting and evaporation of binary mixture drops. J. Phys. Chem. B 112, 11317 (2008).
https://doi.org/10.1021/jp8030418
P. Gurrala, P. Katre, S. Balusamy, S. Banerjee, K.C. Sahu. Evaporation of ethanol-water sessile droplet of different compositions at an elevated substrate temperature. Int. J. Heat Mass Transf. 145, 118770 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118770
A.A. Pahlavan, L. Yang, C.D. Bain, H.A. Stone. Evaporation of binary-mixture liquid droplets: the formation of picoliter pancakelike shapes. Phys. Rev. Lett. 127, 024501 (2021).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.024501
E.L. Talbot, H.N. Yow, L. Yang, A. Berson, S.R. Biggs, C.D. Bain. Printing small dots from large drops. ACS Appl. Mater. Inter. 7, 3782 (2015).
https://doi.org/10.1021/am5087177
L. Urruty, M. Montury. Extraction in aqueous solutions by solid-phase microextraction. J. Agric. Food Chem. 44, 3871 (1996).
https://doi.org/10.1021/jf960039g
L. Bahmani, M. Neysari, M. Maleki. The study of drying and pattern formation of whole human blood drops and the effect of thalassaemia and neonatal jaundice on the patterns. Colloid. Surface. A 513, 66 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.10.065
G. Strotos, I. Malgarinos, N. Nikolopoulos, M. Gavaises. Predicting the evaporation rate of stationary droplets with the VOF methodology for a wide range of ambient temperature conditions. Int. J. Therm. Sci. 109, 253 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.06.022
L.A. Bulavin, G.M. Verbinska, A.V. Brytan, Ya.O. Stepowyi. Model for evaporation of droplets of ideal alcohol solutions in diffusive and transient regimes. Ukr. J. Phys. 67, 592 (2022).
https://doi.org/10.15407/ujpe67.8.592
O.V. Korobko, A.M. Brytan, G.M. Verbinska, D.A. Gavryushenko. Effect of ultraviolet radiation on evaporation of suspended alcohol droplets. Ukr. J. Phys. 60, 318 (2019).
https://doi.org/10.15407/ujpe60.04.0318
V. S. Savenko, G.M. Verbinska, L.A. Bulavin. Computer simulation of evaporation process of NaCl aqueous solution. Ukr. J. Phys. 61, 812 (2019).
https://doi.org/10.15407/ujpe61.09.0812
S. Sazhin. Droplets and Sprays (Springer Verlag, 2014).
https://doi.org/10.1007/978-1-4471-6386-2
A.K. Agarwal. Biofuels (alcohols and biodiesel) applications as fuels for internal combustion engines. Prog. Energ. Combust. 33, 233 (2007).
https://doi.org/10.1016/j.pecs.2006.08.003
Q.S. Khan, S.W. Baek. Effects of high ambient pressure and temperature on the autoignition of blended fuel droplets. In: International Conference on Energy and Environment 2006 (ICEE, 2006), p. 56.
D. Segawa, T. Kadota, R. Kohama, H. Enomoto. Ignition of binary mixture droplets by a propagating laminar flame. Proc. Combust Inst. 28, 961 (2000).
https://doi.org/10.1016/S0082-0784(00)80302-1
R.S. Volkov, G.V. Kuznetsov, V.E. Nakoryakov, P.A. Strizhak. Experimental estimation of evaporation rates of water droplets in high-temperature gases. J. Appl. Mech. Tech. Phys. 58, 889 (2017).
https://doi.org/10.1134/S0021894417050157
T. Kitano, J. Nishio, R. Kurose, S. Komori. Evaporation and combustion of multicomponent fuel droplets. Fuel 136, 219 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.07.045
T. Harada, H. Watanabe, Y. Suzuki, H. Kamata, Y. Matsushita, H. Aoki, T. Miura. A numerical investigation of evaporation characteristics of a fuel droplet suspended from a thermocouple. Int. J. Heat Mass Transf. 54, 649 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.08.021
O.V. Vysokomornaya, G.V. Kuznetsov, P.A. Strizhak. Evaporation of water droplets in a high-temperature gaseous medium. J. Eng. Phys. Thermophys. 89, 141 (2016).
https://doi.org/10.1007/s10891-016-1361-4
D. Fredrich, A. Giusti. Numerical investigation of multicomponent droplet evaporation and autoignition for aeroengine applications. Combust Flame 241, 112023 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2022.112023
S.M. Frolov, F.S. Frolov, 420. Basara. Simple model of transient droplet vaporization. J. Russ. Laser Res. 27, 562 (2006).
https://doi.org/10.1007/s10946-006-0035-7
I. Veza, M.F.M. Said, Z.A. Latiff. Progress of acetonebutanol-ethanol (ABE) as biofuel in gasoline and diesel engine: A review. Fuel Process. Technol. 196, 106179 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2019.106179
N. Yilmaz, E. Ileri, A. Atmanli. Performance of biodiesel/higher alcohols blends in a diesel engine. Int. J. Energ. Res. 40, 1134 (2016).
https://doi.org/10.1002/er.3513
O.S. Chernenko, V.V. Kalinchak, D.S. Darakov, O.K. Kopeck. The effect of suspension on the kinetics of evaporation of a droplet of liquid fuel. Phys. Aerosol Syst. 52, 47 (2015).
K.M. Watson. Thermodynamics of the liquid state. Ind. Eng. Chem. 35, 398 (1943).
https://doi.org/10.1021/ie50400a004
A.N. Baratov, A.Ya. Korolchenko, G.N. Kravchuk. Fire and Explosion Hazard of Substances and Materials, and Relevant Suppressants (Khimiya, 1990) (in Russian).
D. R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85th Edition. Vol. 85. (CRC Press, Jun 29, 2004).
A. Vinogradov, O. Yakhno. Effect of droplets convective heating and their evaporation on the shielding properties of fire-fighting water curtain. Visn. NTUU KPI Ser. Mashynobud. No. 2, 55 (2016) (in Russian).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
