Новый способ распыления воды улучшит обработку нефти и пожаротушение

МОСКВА, 1 июн. Улучшить промышленные способы распыления воды, создав полное математическое описание этого процесса, смогли ученые Томского политехнического университета (ТПУ). По их словам, полученные данные помогут усовершенствовать технологии пожаротушения, а также ряд процессов в нефтехимической отрасли. Результаты опубликованы в журнале Powder Technology.

Распыление воды с различными примесями и последующее ее испарение – важная часть многих технологий нефтехимической промышленности, сообщили ученые ТПУ. Однако, по их словам, такие системы сегодня имеют невысокий коэффициент полезного действия, что сказывается на стоимости продукции.

Например, в камерах термической очистки, где происходит отделение побочных нефтепродуктов, относительно крупные капли водного раствора не успевают испариться в течение одного цикла работы, что заметно снижает эффективность и повышает затраты времени.

Оптимизировать расход энергии и ресурсов, по словам ученых, можно за счет особых условий распыления жидкости, при которых будет невозможно формирование крупных капель. Точные математические параметры такого процесса определены в новом исследовании физиков ТПУ.

“Дробление капель жидкостей, эмульсий, растворов и суспензий позволяет кратно увеличить площадь поверхности их испарения. Используя данный эффект, можно за счет изменения конструкции и положения распрыскивателей значительно повысить эффективность большого числа систем, от пожаротушения до тепловой энергетики, использующей водяной пар”, – объяснил профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ, доктор физико-математических наук, профессор Павел Стрижак.

Полученные данные, по словам авторов работы, помогут заметно увеличить тепловую мощность двигателей сгорания и топок котельных, а также поднять теплопоглощение в теплообменных системах в 3-5 раз. В перспективе это также позволит оптимизировать размеры камер сгорания, тепломассообменных установок и всей совокупности других элементов теплоэнергетических систем.

Другое направление, в развитии которого результаты исследования сыграют важную роль, это экологически чистая энергетика, считают ученые ТПУ. По их словам, сегодня активно внедряются системы, позволяющие с помощью воды и водяного пара улавливать опасные продукты горения углеводородов, не допуская их выброса в атмосферу.

"Мы определили времена трансформации и распада капель под действием аэродинамических сил, впервые нашли точные значения критических критериальных чисел Вебера и Рейнольдса с учетом капиллярности и чисел Онезорге и Лапласа. Это позволяет математически описать весь процесс дробления капель и внести коррективы в существующие методы распыления", – рассказал один из авторов исследования, приглашенный инженер-исследователь ТПУ Иван Войтков.

Новые экспериментальные данные, по словам ученых, отличаются большой точностью, так как дробление капель впервые было исследовано в динамике реального воздушного потока, для чего применялась видеосъемка с частотой до 100 000 кадров в секунду. Помимо воды были проанализированы также водосодержащие смеси различных составов, применяемые в промышленности.