ТЕРМОСТРУМЕНЕВЕ ДОЗУВАННЯ ДИСПЕРСНОЇ ФАЗИ ЯК МЕТОД ФОРМУВАННЯ ВОДНО-ПАЛИВНИХ ЕМУЛЬСІЙ - Наукові конференції
Головна
UA PL EN

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

ТЕРМОСТРУМЕНЕВЕ ДОЗУВАННЯ ДИСПЕРСНОЇ ФАЗИ ЯК МЕТОД ФОРМУВАННЯ ВОДНО-ПАЛИВНИХ ЕМУЛЬСІЙ

14.09.2025 23:43

[3. Технічні науки]

Автор: Ходєєв Андрій Андрійович, аспірант, Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут», м.Харків; Заболотний Олександр Віталійович, доктор технічних наук, професор, Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут», м.Харків


ORCID: 0009-0000-8391-9853 Ходєєв А.А.

ORCID: 0000-0001-8266-4481 Заболотний О.В.

В умовах стрімкого розвитку промисловості й транспорту однією з актуальних задач є оптимізація використання невідновлюваних енергоресурсів, зокрема рідинних палив. Нафтопродукти застосовуються в багатьох сферах і десятиліттями підтверджують свою ефективність, проте залишаються одним із головних чинників забруднення довкілля. Для зменшення витрат, скорочення шкідливих викидів та підвищення енергоефективності перспективним рішенням є використання водно-паливних емульсій. Такий крок не потребує модернізації наявного обладнання, а вміст водної складової в емульсії може складати до 20%. Під час спалювання водно-паливної емульсії можна досягти зменшення викидів окисів азоту на 20–35%, зниження задимлення до 20%, покращення повноти згоряння та, як наслідок, зниження витрат пального. Традиційно водно-паливні емульсії виготовляють з використанням механічних, ультразвукових, мембранних методів перемішування та їх комбінацій [1, 2]. Застосування поверхнево-активних речовин  дозволяє формувати стабільні у часі бінарні системи.

У більшості наявних методів виготовлення водно-паливних емульсій основну увагу приділяють процесу перемішування фаз та утворенню мікронних крапель дисперсної фази. Водночас питання точності дозування дисперсної фази та поверхнево-активних речовин залишається недостатньо вивченим, хоча власне співвідношення цих компонентів до безперервної фази визначає ефективність і стабільність емульсій. Якість бінарної системи визначають за об’ємом уведеної води, концентрацією ПАВ та розміром крапель дисперсної фази. Традиційні методи дозування (насоси, форсунки) не забезпечують стабільність зазначених параметрів, спричиняють піноутворення та нерівномірний розподіл води в паливі.

Об’ємна частка води та розмір її крапель є критичними параметрами для створення якісної водно-паливної емульсії [3, 4]. Важливим напрямом для оптимізації процесу виготовлення стає реалізація високоточного дозування з контрольованим об’ємом та очікуваним розміром краплі. Система, в якій дозатор уводить дисперсну фазу в безперервну у формі стабільних крапель, одночасно вирішує дві задачі: точний контроль доданого об’єму води і формування первинної емульсії з прогнозованою структурою.

Для реалізації процесу крапельного уведення води в паливо запропоновано використання термоструменевої технології «крапля за вимогою» [5]. Дозатор містить резервуар з рідиною та матрицю з соплами, на стінках яких розміщено резистивні нагрівачі. Під час подавання короткого електричного імпульсу тривалістю 3–6 мкс відбувається розігрівання рідини до 300–340 °C, що спричиняє миттєве випаровування частини рідини в камері сопла та утворення парової бульбашки. Розширення бульбашки виштовхує новоутворену краплю через сопло протягом кількох мікросекунд. Після вибуху бульбашки тиск у камері падає, і сопло знову заповнюється рідиною для наступного циклу. Об’єм сформованих крапель становить від 2 до 200 піколітрів, а керування напругою та тривалістю імпульсів дозволяє регулювати параметри крапель в процесі дозування.

Основними перевагами цього методу є можливість дозування не лише води, а й поверхнево активних речовин, повторюваність і стабільність об’єму крапель, зменшення кількості піни порівняно з використанням насосів та форсунок, формування первинної емульсії безпосередньо під час дозування. Завдяки малому розміру та сферичній формі крапель відбувається їх локальне перемішування в паливі, що сприяє утворенню грубої емульсії вже на етапі дозування.

За умови використання дозатора з матрицею, що містить 12 сопел діаметром 85 мкм і вбудовані резистивні нагрівачі з опором 58 Ом, було отримано краплі води об’ємом 160 пкл, діаметр яких становить близько 67 мкм.

Такий діаметр крапель води перевищує діаметр, потрібний для забезпечення тривалої стабільності водно-паливних емульсій, коли діаметр крапель дисперсної фази має бути менше ніж 5 мкм. Тому, після завершення процесу дозування потрібно здійснити додаткову гомогенізацію. Одним з таких варіантів є мембранне емульгування, яке має підвищену ефективність при роботі саме з грубими емульсіями [6]. Цей підхід дозволяє зменшити діаметр крапель води до значень 1–1,5 мкм, забезпечивши довготривалу стабільність бінарної системи.

Запропонований принцип термоструменевого дозування є перспективним методом уведення дисперсної фази в дизельне паливо. Він дозволяє з високою точністю контролювати співвідношення кількості води до кількості палива, знижує ймовірність піноутворення та формує первинну емульсію вже на етапі дозування. Незважаючи на обмеження щодо розміру крапель, поєднання цього методу з мембранною технологією емульсифікації відкриває шлях до створення високостабільних водно-паливних емульсій із контрольованими властивостями. 

Література

1. Заболотний О. В., Ходєєв А. А. Дослідження сучасних методів створення водно-паливної емульсії // The 5 th International scientific and practical conference “Science and technology: problems, prospects and innovations”. Osaka, Japan, 16–18 лютого 2023 р.

2. Sartomo A., Santoso B., Muraza O. Recent progress on mixing technology for water-emulsion fuel: A review // Energy Conversion and Management. 2020. Vol. 213. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112817.

3. Заболотний О. В., Ходєєв А. А. Система контролю гомогенності водно-паливної емульсії // Вчені записки Таврійського національного університету ім. В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2023. № 6. С. 91–97. DOI: https://doi.org/10.32782/2663-5941/2023.6/14.

4. Zabolotnyi O., Zabolotnyi V., Koshevoy N. Capacitive water-cut meter with robust near-linear transfer function // Computation. 2022. Vol. 10, No. 7. P. 115. DOI: https://doi.org/10.3390/computation10070115.

5. Fan Z., Sun Y., Lin J.-M. Self-assembled inkjet printer for droplet digital loop-mediated isothermal amplification // Chemosensors. 2022. Vol. 10, No. 7. P. 247. DOI: https://doi.org/10.3390/chemosensors10070247.

6. Gehrmann S., Bunjes H. Preparation of Nanoemulsions by Premix Membrane Emulsification: Which Parameters Have a Significant Influence on the Resulting Particle Size? // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2017. Vol. 106, No. 8. P. 2068–2076. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xphs.2017.04.066



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Інші наукові праці даної секції

Конференції

Конференції 2025

Конференції 2024

Конференції 2023

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення