Дочерними каплями называют капли, которые отделяются от «родительской» в процессе микровзрывной фрагментации. Из-за нагрева гетерогенных капель, которые содержат топливо и воду, могут возникать микровзрывы, вызванные вскипанием микрокапель воды.
«Такие капли проходят два этапа: прогрев до условий микровзрывной фрагментации и распад. Причем распад может быть частичным, мы называем его также пыхтение, и полным (микровзрывом). Понимание этой механики позволяет оптимизировать параметры распыления, повысить эффективность сгорания топлива и общую производительность двигателя, а также уменьшить уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу», - сказал один из авторов исследования, инженер-исследователь лаборатории тепломассопереноса ТПУ Роман Федоренко.
Разработанная математическая модель позволяет с более чем 90-процентной вероятностью предсказывать размеры дочерних капель в зависимости от температуры окружающей среды, скорости нагрева и состава самих капель. Для проверки было проведено более 150 экспериментов, в ходе которых родительские капли, состоящие из воды и горючего дизельного топлива и рапсового масла нагревались в потоке горячего газа с температурой от 300 до 973 градусов Цельсия. Исследования проводились в специальной установке, позволяющей точно контролировать температуру, скорость газа, а также состав и размеры родительских капель.
«Мы установили, что при повышении температуры среды размеры дочерних капель уменьшаются. Это связано с увеличением давления в паровом слое и более быстрым распадом оболочки капли. Кроме того, форма и размер капель играют важную роль в процессах микровзрывной фрагментации. Например, при смещении водяного ядра относительно центра капли размер дочерних капель увеличивается. Такие закономерности позволяют с высокой точностью предсказать, как будут изменяться параметры сжигания топлива в разных условиях эксплуатации и открывают новые возможности для управления этими процессами», - добавил Федоренко.
При этом у капель, состоящих из более вязких жидкостей, наблюдался менее интенсивный распад по сравнению с каплями на основе дизельного топлива. В этом случае размеры дочерних капель превышали 20-30 мкм, а у менее вязких - не превышал 10 мкм.
Исследование ученых поддержано грантом Российского научного фонда, результаты работы опубликованы в журнале Physics of Fluids (Q1, IF: 4,3).
