Тепломассообмен при испарении лежащих и подвешенных капель неидеального раствора. Влияние условий окружающей среды.

Впервые проведено параметрическое исследование влияния таких факторов как температура, влажность и скорость потока, обтекающего каплю на интенсивность испарения неидеального раствора этанол-вода в широком диапазоне концентраций летучего компонента. Полученные данные помогут уточнить имеющиеся математические модели, а также окажутся полезными для инженерных оценок при проектировании теплообменников, устройств охлаждения и перспективных энергоустановок, использующих биотопливо.

С использованием скоростной и тепловизионной съемок исследована динамика изменения геометрических параметров и температур испаряющихся капель водно-спиртовых растворов различной концентрации, подвешенных на нити и лежащих на плоской поверхности. 

Фото капель и термограммы.

Сопоставление данных по динамике испарения с результатами математического моделирования: точки – экспериментальные данные, линии – расчеты С.С. Сажина.

Получена база данных по динамике испарения капель при вариации скорости обтекания, температуре и влажности обтекающего воздуха и состава капли как для лежащих капель, так и для подвешенных. Проведено сопоставление полученных результатов с данными математического моделирования, полученными в Университете Брайтона (Великобритания). Проведено обобщение полученных результатов: ¯τ=0.034+0.004⋅e^(φ/17.5), где ¯τ=τ/τ_φ, где τ_φ – время испарения капли соответствующей концентрации при относительной влажности воздуха 95%.

Зависимость безразмерного времени испарения капель водного раствора этанола разной концентрации от влажности воздуха.

Изменение температуры поверхности подвешенных капель водно-спиртового раствора с концентрацией этанола: 1– 0% (вода), 2 – 25%, 3 – 50%, 4 – 75%, 5 – 92%.

Интересно отметить, что влияние влажности на скорость испарения весьма велико даже для капель этанола, что на первый взгляд, вызывает сомнение. Однако, в данном случае механизм испарения капли оказывается достаточно сложным. На первом этапе происходит испарение этанола, характеризующееся низкой температурой капли. Совместно с этим процессом происходит конденсация воды из влажного воздуха на холодной капле. По мере испарения этанола, температура капли достигает значения, соответствующего адиабатному испарению воды и, в дальнейшем, процесс испарения близок к поведению чистой воды. Очевидно, что последняя фаза существенным образом лимитируется высоким содержанием водяного пара в воздухе.

ИТ СО РАН. Руководитель работы – Терехов Владимир Викторович зав. лабораторией, д.ф.-м.н., профессор РАН. Исполнители – Низовцев Михаил Иванович зав. лабораторией, д.т.н.; Терехов Виктор Иванович гл.н.с., д.т.н., профессор; Стерлягов Алексей Николаевич с.н.с., к.т.н.; Старинская Елена Михайловна м.н.с.; Миськив Николай Богданович м.н.с. Тел. +7 (383) 316-50-32.