Аннотация
В статье представлены результаты экспериментального исследования совместного распыла несмешивающихся жидкостей (дизельное топливо / вода) струей перегретого водяного пара и последующего их сжигания в низкоэмиссионном горелочном устройстве с камерой газогенерации. Показано, что пароэнергетическая форсунка обеспечивает эффективное диспергирование обеих фаз без предварительного эмульгирования: преобладающий размер капель составляет 10…40 мкм. При добавлении воды в количестве 0,2…0,4 кг/ч к 1 кг/ч топлива достигается снижение максимальной температуры факела на 300…400 °C и уменьшение выбросов NOx на 30…50 %. При дальнейшем увеличении доли воды наблюдается рост концентраций CO и CnHm, а также усиление пульсаций пламени. Полученные результаты подтверждают эффективность метода раздельного распыла без эмульгаторов и определяют область оптимальных режимов для сжигания.
Ключевые слова: распыление, перегретый пар, несмешивающиеся жидкости, водотопливные системы, NOx, низкоэмиссионное сжигание
Бутаков Евгений Борисович
канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории экологических проблем теплоэнергетики Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. Область научных интересов: горение, газификация, воспламенение. Опубликовано 89 научных работ. (Адрес: 630090, Россия, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева,
• E-mail: ).
e_butakov@mail.ru
Orcid: 0000-0003-4159-4469
РИНЦ AuthorID: 867053
SPIN-код: 8202-1510
Scopus ID: 57190007864
ResearcherID (WoS): N-9778-2017
Копьев Евгений Павлович
канд. техн. наук, заведующий лабораторией экологических проблем теплоэнергетики Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. Область научных интересов: энергетика, сжигание топлива. Опубликовано 120 научных работ (РИНЦ). (Адрес: 630090, Россия, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева,
• E-mail: ).
kopyev.evgeniy@mail.ru
Orcid: 0000-0001-7072-1805
РИНЦ AuthorID: 724180
SPIN-код: 5006-2692
Scopus ID: 56388736300
ResearcherID (WoS): A-4288-2014
Садкин Иван Сергеевич
аспирант Новосибирского государственного технического университета, инженер-исследователь лаборатории экологических проблем теплоэнергетики Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. Область научных интересов: энергетика, сжигание топлива. Опубликовано 107 научных работ (РИНЦ). (Адрес: 630090, Россия, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева,
• E-mail: ).
sadkinvanya@mail.ru
Orcid: 0000-0001-6516-432X
РИНЦ AuthorID: 1056143
SPIN-код: 3418-7100
Scopus ID: 57218658069
ResearcherID (WoS): AAZ-3179-2020
Шадрин Евгений Юрьевич
канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории экологических проблем теплоэнергетики Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. Область научных интересов: энергетика, сжигание топлива. Опубликовано 108 научных работ (РИНЦ). (Адрес: 630090, Россия, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева,
• E-mail: ).
evgen_zavita@mail.ru
Orcid: 0000-0003-2754-780X
РИНЦ AuthorID: 724175
SPIN-код: 5553-3482
Scopus ID: 55768871500
ResearcherID (WoS): A-3631-2014
Список литературы
- Alternative liquid fuels: achievements and prospects / P.A. Strizhak, S.M. Aldoshin, D.O. Glushkov, K.I. Dement’ev, E.N. Ivashkina, M.V. Kulikova, A.L. Maximov, G.Yu. Nazarova, A.S. Noskov, V.N. Parmon, K.K. Paushkina, E.V. Popok, A.S. Sviridenko, L.S. Yanovsky // Russian Chemical Reviews. – 2025. – Vol. 94. – P. RCR5162. – DOI: 10.59761/RCR5162.
- Lowy D.A., Melendez J.R., Mátyás B. Electroreduction of carbon dioxide to liquid fuels: A low-cost, sustainable technology // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2024. – Vol. 194. – P. 114300. – DOI: 10.1016/j.rser.2024.114300.
- Investigation of gasoline partially premixed combustion with external exhaust gas recirculation / V. Ravaglioli, F. Ponti, G. Silvagni, D. Moro, F. Stola, M. De Cesare // SAE International Journal of Engines. – 2021. – Vol. 15 (5). – P. 613–629. – DOI: 10.4271/03-15-05-0033.
- Combustion, performance and emission discussion of soapberry seed oil methyl ester blends and exhaust gas recirculation in common rail direct fuel injection system / M.O.A. Sajjad, T. Sathish, R. Saravanan, M. Asif, E. Linul, Ü. Agbulut // Energy. – 2023. – Vol. 278. – P. 127763. – DOI: 10.1016/j.energy.2023.127763.
- Abrar I., Bhaskarwar A.N. Effect of alcohols on water solubilization in surfactant-free diesel microemulsions // Energy Reports. – 2022. – Vol. 8. – P. 504–512. – DOI: 10.1016/j.egyr.2022.10.157.
- Micro-explosion combustion characteristics of boron/ammonium perchlorate/polyvinylidene fluoride composite microspheres / D. Liang, Y. Jiang, J. Wang, S. Wang, J. Wang, W. Xu, D. Shen // Powder Technology. – 2025. – Vol. 465. – P. 121354. – DOI: 10.1016/j.powtec.2025.121354.
- Features of combustion of water-fuel emulsions with different methods of introducing water into the combustion zone / O. Kolbasenko, S. Anastasenko, B. Dymo, O. Shostak // Problems of Regional Energetics. – 2025. – Vol. 2. – P. 178–189. – DOI: 10.52254/1857-0070.2025.2-66.15.
- The influence of nitrous oxide on ignition and flame propagation of RP-3 kerosene / S. Li, X. Wei, D. Yao, N. Zhang, Y. Dong, Y. Xie, X. Zhao, S. Xi, K. Wang, Q.-D. Wang, J. Liang // Combustion and Flame. – 2025. – Vol. 273. – P. 113951. – DOI: 10.1016/j.combustflame.2024.113951.
- Aluminium – water hydrogen generator for domestic and mobile application / A.Z. Zhuk, E.I. Shkolnikov, T.I. Borodina, G.E. Valiano, A.V. Dolzhenko, E.A. Kiseleva, S.A. Kochanova, E.D. Filippov, V.A. Semenova // Applied Energy. – 2023. – Vol. 334. – P. 120693. – DOI: 10.1016/j.apenergy.2023.120693.
- Tuning sulfur vacancies in CoS2 via a molten salt approach for promoted mercury vapor adsorption / D. Liu, L. Yang, J. Wu, B. Li // Chemical Engineering Journal. – 2022. – Vol. 450. – P. 137956. – DOI: 10.1016/j.cej.2022.137956.
- Enhancing combustion efficiency and reducing nitrogen oxide emissions from ammonia combustion: A comprehensive review / J. Tian, L. Wang, Y. Xiong, Y. Wang, W. Yin, G. Tian, Z. Wang, Y. Cheng, S. Ji // Process Safety and Environmental Protection. – 2024. – Vol. 183. – P. 514–543. – DOI: 10.1016/j.psep.2024.01.020.
- The effect of fuel injection equipment on the dispersed phase of water-in-diesel emulsions / M.A. Ismael, M.R. Heikal, A.R.A. Aziz, F. Syah, E.Z. Zainal A., C. Crua // Applied Energy. – 2018. – Vol. 222. – P. 762–771. – DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.03.070.
- Gopidesi R.K., Selvi Rajaram P. A review on emulsified fuels and their application in diesel engine // International Journal of Ambient Energy. – 2022. – Vol. 43 (1). – P. 732–740. – DOI: 10.1080/01430750.2019.1667435.
- Woo S., Lee K. Effect of injection strategy and water content on water emulsion fuel engine // Fuel. – 2023. – Vol. 343. – P. 127809. – DOI: 10.1016/j.fuel.2023.127809.
- Gowrishankar S., Krishnasamy A. Injection system modification for biodiesel-water emulsion engine // Fuel. – 2023. – Vol. 337. – P. 127222. – DOI: 10.1016/j.fuel.2022.127222.
- Ayhan V., Ece Y.M. Electronically controlled direct water injection to reduce NOx emissions // Applied Energy. – 2020. – Vol. 260. – P. 114328. – DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.114328.
- Emulsifier-free biodiesel-water-ethanol emulsion fuel / M.A. Abdul Rashid, A.M. Ithnin, W.J. Yahya, W.N. I. Wan Mahdi, N.A. Mazlan, A.A. Zulmajdi, D.A. Sugeng, K. Eiji // Fuel. – 2025. – Vol. 392. – P. 134873. – DOI: 10.1016/j.fuel.2025.134873.
- Shlegel N., Klimenko A., Strizhak P. Determination of integral characteristics of secondary atomization of fuel oil/water emulsion droplets // Fuel. – 2024. – Vol. 372. – P. 132218. – DOI: 10.1016/j.fuel.2024.132218.
- Vigneswaran R., Balasubramanian D., Sastha B.D.S. Combustion characteristics of diesel engine with (TiO2) and water-in-diesel emulsion fuel // Fuel. – 2021. – Vol. 285. – P. 119115. – DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119115.
- Experimental study of inductive electrostatic dual-fluid nozzle for dust pollution control / H. Han, H. Wang, Q. Zhang, T. Yang, X. Li, C. Zhang, N. Terbish // Powder Technology. –2024. – Vol. 434. – P. 119343. – DOI: 10.1016/j.powtec.2023.119343.
- Study of liquid hydrocarbons atomization by supersonic air or steam jet / I.S. Anufriev, E.Yu. Shadrin, E.P. Kopyev, S.V. Alekseenko, O.V. Sharypov // Applied Thermal Engineering. – 2019. – Vol. 163. – P. 114400. – DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114400.
- Combustion of liquid hydrocarbon fuels sprayed into gas generation chamber with superheated steam as low emission technology for energy production / E.P. Kopyev, I.S. Sadkin, E.Yu. Shadrin, M.A. Mukhina, V.A. Kuznetsov, A.V. Minakov // Fuel. – 2025. – Vol. 381. – P. 133344. – DOI: 10.1016/j.fuel.2024.133344.
- Experimental study of kerosene combustion characteristics in a jet of superheated steam with a controlled air excess / M.A. Mukhina, I.S. Sadkin, E.Yu. Shadrin, E.P. Kopye // Engineered Science. – 2024. – Vol. 31. – P. 1195. – DOI: 10.30919/es1195.
Благодарности. Финансирование
Исследования выполнены в рамках государственного задания ИТ СО РАН (126021217042-8)
Просмотров аннотации: 17
Скачиваний полного текста: 4
Просмотров интерактивной версии: 0
Для цитирования: Совместный распыл несмешивающихся жидкостей струей перегретого водяного пара и его влияние на характеристики сжигания / Е.Б. Бутаков, Е.П. Копьев, И.С. Садкин, Е.Ю. Шадрин // Доклады АН ВШ РФ. – 2026. – № 2 (71). – C. 26–37 – doi: 10.17212/1727-2769-2026-2-26-37
For citation: Butakov E.B., Kopyev E.P., Sadkin I.S., Shadrin E.Yu. Sovmestnyi raspyl nesmeshivayushchikhsya zhidkostei struei peregretogo vodyanogo para i ego vliyanie na kharakteristiki szhiganiya [Co-atomization of immiscible liquids by a jet of superheated steam and its effect on combustion characteristics]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii = Proceedings of the Russian Higher School Academy of Sciences, 2026, no. 2 (71), pp. 26–37. DOI: 10.17212/1727-2769-2026-2-26-37.
