Распространение пламени по струе капель жидких топлив - Калинчак, Валерий Владимирович; Фудулей, Татьяна Александровна; Копейка, Александр Кузьмич; Олифиренко, Юлия Александровна; Дараков, Денис Сергеевич (НТУ "ХПИ", 2018)
Принимая во внимание значительные объемы потребления жидких топлив в мировом топливном балансе, одной из актуальных задач современности является снижение антропогенного влияния на биосферу путем полной или частичной замены минеральных топлив на их возобновляемые аналоги растительного происхождения. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований процесса распространения пламени по одномерной совокупности капель этанола с добавкой воды до 50% по объему. В отличие от исследований процессов, сопровождающих горение одиночной капли жидких топлив, горение их совокупности, в виде струи, изучено в меньшей степени. Предложенная схема струйного генератора с вибрирующей иглой, позволяет получить достаточно устойчивую во времени (на протяжении 10 мин.), цепочку монодисперсных капель исследуемого топлива диаметром d=490±5мкм, с возможностью варьирования межкапельного расстояния. В качестве управляющих параметров для изменения этого расстояния использовались частота колебаний мембраны и величина постоянного давления на резервуар с жидкостью. С использованием разработанной методики проведения эксперимента были получены зависимости относительного расстояния между каплями, от величины постоянного давления на резервуар с жидким топливом, при различных частотах колебаний иглы генератора. Весь процесс распространения фронта пламени по цепочке монодисперсных капель фиксировался на видеосъемку с частотой 300 кадров/сек. Анализ результатов видеосъемки процесса распространения пламени позволил определить зависимость скорости распространения пламени от расстояния между каплями. Анализ качественной картины процесса показал, что с увеличением межкапельного расстояния, скорость распространения пламени падала. Экспериментально определено критическое расстояние между каплями, на порядок превышающее размер капли в условиях эксперимента, при котором прекращалось распространение пламени. Полученные результаты с достаточной степенью достоверности объясняются в рамках предложенного распространения пламени по одномерной системе монодисперсных капель.

Taking into account the significant volumes of liquid fuels consumption in the world fuel balance, one of the most urgent tasks of our time is to reduce the anthropogenic impact on the biosphere by completely or partially replacing mineral fuels with their renewable plant origin analogues. In this paper we present the experimental studies results of the flame propagation process in a one-dimensional set of ethanol droplets with water addition up to 50% by volume. In contrast to studies of processes accompanying the combustion of a single liquid fuel droplet, the combustion of their aggregate, in the form of a jet, has been studied to a lesser extent. The proposed scheme of a jet generator with a vibrating needle makes it possible to obtain a chain of monodisperse fuel droplets with a diameter d=490±5 μm, which is sufficiently stable over time (within 10 min), with the possibility of varying the inter-drop distance. As control parameters for changing this distance, the vibration frequency of the membrane and the value of constant pressure on the reservoir with liquid were used. Using the developed experimental procedure, dependences of the relative distance between the droplets, on the value of constant pressure on the reservoir with liquid fuel, at different monodisperse aerosol generator needle oscillation frequencies were obtained. The whole process of the flame front propagation along the monodisperse aerosol chain was recorded with a frequency of 300 fps. The video capturing results analysis of the flame propagation process made it possible to determine the dependence of flame propagation velocity on the distance between the droplets. A qualitative picture process analysis showed the flame propagation velocity decrease along the inter-droplet distance increase. The critical distance between droplets that is an order of magnitude greater than the droplet size under experimental conditions, at which the flame propagation stopped, was determined experimentally. The obtained results are explained with a sufficient degree of reliability within the framework of the proposed relay flame propagation mechanism within a one-dimensional monodisperse aerosol system.
Flame propagation in liquid fuel droplets spray
Keywords: топливо альтернативное; двигатель внутреннего сгорания; биотопливо; мембрана вибрирующая; спирт; дисперсия