Исследователи лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета (ТПУ) разработали математическую модель, позволяющую с высокой точностью предсказывать размеры так называемых дочерних капель, образующихся при микровзрывах топлива. Результаты работы опубликованы в журнале Physics of Fluids и поддержаны Российским научным фондом.
В ходе прогрева гетерогенных капель, содержащих топливо и воду, происходит интенсивное испарение воды, что может приводить к микровзрывной фрагментации. В зависимости от условий этот процесс сопровождается либо полным распадом капли (микровзрыв), либо частичным — так называемым «пыхтением». В обоих случаях образуются дочерние капли, характеристики которых напрямую влияют на эффективность сгорания топлива и выбросы.
Разработанная модель учитывает температуру окружающей среды, скорость нагрева и состав капли. Проведенные более 150 экспериментов подтвердили ее высокую точность — отклонение от экспериментальных данных не превышает 10 %.
Исследования показали, что при повышении температуры размеры дочерних капель уменьшаются. Это связано с ростом давления в паровом слое и ускоренным разрушением оболочки капли. Кроме того, расположение водяного ядра внутри капли и вязкость жидкости существенно влияют на размеры образующихся фрагментов. Например, капли с рапсовым маслом (более вязкая жидкость) давали дочерние капли размером до 30 мкм, тогда как у дизельного топлива размеры редко превышали 10 мкм.
По словам инженера-исследователя Романа Федоренко, понимание этих процессов открывает путь к улучшению систем распыления топлива и разработке новых технологий термической очистки жидкостей. Это, в свою очередь, позволит повысить эффективность двигателей и снизить вредные выбросы.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТПУ
