RU2742851C1 - Method of removing oxygen from liquid fuel - Google Patents

Method of removing oxygen from liquid fuel Download PDF

Info

Publication number
RU2742851C1
RU2742851C1 RU2020131185A RU2020131185A RU2742851C1 RU 2742851 C1 RU2742851 C1 RU 2742851C1 RU 2020131185 A RU2020131185 A RU 2020131185A RU 2020131185 A RU2020131185 A RU 2020131185A RU 2742851 C1 RU2742851 C1 RU 2742851C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
ultrasound
bubble
oxygen
liquid fuel
Prior art date
Application number
RU2020131185A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Сергеевич Кулешов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2020131185A priority Critical patent/RU2742851C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2742851C1 publication Critical patent/RU2742851C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0031Degasification of liquids by filtration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0073Degasification of liquids by a method not covered by groups B01D19/0005 - B01D19/0042
    • B01D19/0078Degasification of liquids by a method not covered by groups B01D19/0005 - B01D19/0042 by vibration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/08Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by sonic or ultrasonic waves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23KFEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02Liquid fuel
    • F23K5/08Preparation of fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods for removing oxygen dissolved in liquid fuel in order to reduce coke formation and can be used in systems for supplying liquid fuel to the combustion chamber of aircraft engines. The method for removing oxygen from liquid fuel consists in the fact that liquid fuel is preliminarily exposed to ultrasound for a predetermined time to form cavitation bubbles in the fuel, and then the fuel is fed into the combustion chamber. The time of exposure to ultrasound is selected from the range of 0.1-1 s, frequency and amplitude of sound pressure of ultrasound is selected from given ratios, and radius of the cavitation bubble is chosen to be larger than free path of the most active radical in gas mixture of the bubble, which limits the chain process of oxidation of fuel vapor by oxygen in it. In the process of exposure to ultrasound, degree of solubility of oxygen in liquid fuel is controlled, and with a constant degree of solubility, fuel is additionally influenced by an electric field with a strength selected from a given condition.
EFFECT: decrease in the concentration of oxygen in the fuel by means of exposure to ultrasound while reducing harmful effect of ultrasound on fuel.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к способам удаления кислорода, растворенного в жидком топливе, с целью снижения коксообразования и может применяться в системах подачи жидкого топлива в камеру сгорания авиационных двигателей в процессе их работы, топливных магистралях нефтеперерабатывающих комплексов и иных топливных системах, в которых имеет место проблема коксообразования при нагреве топлива [1-3].The invention relates to methods for removing oxygen dissolved in liquid fuel in order to reduce coke formation and can be used in systems for supplying liquid fuel to the combustion chamber of aircraft engines during their operation, fuel lines of oil refining complexes and other fuel systems in which there is a problem of coke formation during heating fuel [1-3].

Из уровня техники известно, что жидкофазные коксоотложения обусловлены окислением жидких топлив растворенным в них кислородом. Топлива, находящиеся в равновесии с воздухом, при нормальных условиях обычно содержат приблизительно 70 частей на миллион растворенного кислорода [4], который при нагреве инициирует в топливе химические реакции автоокисления [5]. В результате автоокисления в топливе образуются разнообразные оксигенированные соединения, такие как гидропероксиды, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты и эфиры, многие из которых играют важную роль в жидкофазном коксоотложении. Проблема коксообразования заключается в том, что оно может снижать хладоресурс топлива, используемого для охлаждения камеры сгорания, или может приводить к засору, увеличению гидродинамического сопротивления в сужениях топливных магистралей (жиклеры, форсунки).It is known from the prior art that liquid-phase coke deposits are caused by the oxidation of liquid fuels by oxygen dissolved in them. Fuels in equilibrium with air, under normal conditions, typically contain approximately 70 ppm of dissolved oxygen [4], which, when heated, initiates chemical autooxidation reactions in the fuel [5]. As a result of autooxidation in fuel, a variety of oxygenated compounds are formed, such as hydroperoxides, alcohols, ketones, aldehydes, acids and esters, many of which play an important role in liquid phase coke deposition. The problem with coke formation is that it can reduce the cooling life of the fuel used to cool the combustion chamber, or can lead to blockage, an increase in hydrodynamic resistance in the narrowing of the fuel lines (jets, injectors).

Известны способы удаления кислорода из жидкого топлива (US 7041154, 2006 и US 7465336, 2008), в которых воздействуют на жидкое топливо ультразвуком с образованием в топливе кавитационных пузырей, а затем подают топливо в камеру сгорания через устройство для отделения кислорода от топлива: мембрану или каталитическую пластину.Known methods for removing oxygen from liquid fuel (US 7041154, 2006 and US 7465336, 2008), in which the liquid fuel is exposed to ultrasound with the formation of cavitation bubbles in the fuel, and then the fuel is fed into the combustion chamber through a device for separating oxygen from the fuel: a membrane or catalytic plate.

Общим недостатком известных технических решений является то, что применяемые в них устройства для отделения кислорода от топлива обладают большим гидродинамическим сопротивлением и сильно тормозят топливный поток. Для того, чтобы обеспечить приемлемые уровни расхода топлива, требуются большая площадь и сложная форма устройства, трехмерная структура пор. Само устройство может довольно быстро выйти из строя, т.к. мелкие поры легко забиваются различными осаждениями, в том числе коксом и парафинами, поэтому требуется принудительная очистка устройства либо специальное покрытие, препятствующее сорбции примесей.A common disadvantage of the known technical solutions is that the devices used in them for separating oxygen from fuel have a high hydrodynamic resistance and strongly inhibit the fuel flow. In order to provide acceptable levels of fuel consumption, a large area and a complex shape of the device, a three-dimensional structure of the pores, are required. The device itself can fail quite quickly. small pores are easily clogged with various sediments, including coke and paraffins, therefore, forced cleaning of the device or a special coating that prevents the sorption of impurities is required.

Скорость выделения кислорода через мембрану зависит от коэффициента диффузии и градиента давления. При кавитации возникают пузыри, внутри которых в газовой фазе коэффициент диффузии на два-три порядка выше, чем в жидкости. В результате в какой-то момент приповерхностный слой топлива около мембраны становится обедненным кислородом, что снижает эффективность дальнейшего его выделения. Ультразвуковые волны эффективно перемешивают жидкость, что способствует обогащению приповерхностного слоя кислородом из глубинных слоев топлива.The rate of oxygen evolution through the membrane depends on the diffusion coefficient and pressure gradient. During cavitation, bubbles appear, inside of which the diffusion coefficient in the gas phase is two to three orders of magnitude higher than in the liquid. As a result, at some point, the near-surface fuel layer near the membrane becomes oxygen-depleted, which reduces the efficiency of its further separation. Ultrasonic waves effectively mix the liquid, which contributes to the enrichment of the near-surface layer with oxygen from the deep layers of the fuel.

Кроме того, в описаниях известных технических решений не приводятся обоснования выбора режимов воздействия ультразвуком на топливо и не затрагивается проблема вредности воздействия ультразвуком на топливо с точки зрения деструкции последнего и наработки предвестников коксообразования, а именно, циклических углеводородов и гидропероксидов.In addition, the descriptions of known technical solutions do not justify the choice of modes of exposure to ultrasound on fuel and do not touch upon the problem of the harmful effects of ultrasound on fuel from the point of view of the destruction of the latter and the production of precursors of coke formation, namely, cyclic hydrocarbons and hydroperoxides.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ удаления кислорода из жидкого топлива (US 10527011, 2020), характеризующийся тем, что в течение заданного времени воздействуют на жидкое топливо ультразвуком с образованием в топливе кавитационных пузырей, после чего подают топливо в камеру сгорания через мембрану или каталитическую пластину, предназначенную для отделения кислорода от топлива посредством сорбции.The closest analogue of the claimed invention is a method for removing oxygen from liquid fuel (US 10527011, 2020), characterized in that for a given time the liquid fuel is exposed to ultrasound with the formation of cavitation bubbles in the fuel, after which fuel is fed into the combustion chamber through a membrane or catalytic a plate designed to separate oxygen from the fuel by sorption.

Недостатком известного технического решения также является необходимость использования устройства, усложняющего реализацию способа удаления кислорода из жидкого топлива, увеличивающего время подачи топлива в камеру сгорания, массогабаритные параметры и энергетические потери двигательной установки - мембраны или каталитической пластины.The disadvantage of the known technical solution is also the need to use a device that complicates the implementation of the method for removing oxygen from liquid fuel, increasing the time of fuel supply to the combustion chamber, weight and size parameters and energy losses of the propulsion system - membrane or catalytic plate.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в реализации способа удаления кислорода из жидкого топлива с помощью ультразвука без применения механической (на мембране) или химической (на каталитической пластине) сепарации кавитационных пузырей для отделения кислорода от топлива.The technical problem solved by the claimed invention is to implement a method for removing oxygen from liquid fuel using ultrasound without the use of mechanical (on the membrane) or chemical (on the catalytic plate) separation of cavitation bubbles to separate oxygen from the fuel.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении концентрации кислорода в топливе посредством воздействия на него ультразвуком при уменьшении вредного воздействия ультразвука на топливо.The technical result achieved with the implementation of the invention consists in reducing the oxygen concentration in the fuel by acting on it with ultrasound while reducing the harmful effects of ultrasound on the fuel.

Технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа удаления кислорода из жидкого топлива предварительно в течение заданного времени воздействуют на жидкое топливо ультразвуком с образованием в топливе кавитационных пузырей, а затем подают топливо в камеру сгорания, причем время воздействия ультразвуком выбирают из диапазона 0.1-1 с, а частоту ν и амплитуду pm звукового давления ультразвука выбирают из следующих соотношений:The technical result is achieved due to the fact that when implementing the method for removing oxygen from liquid fuel, the liquid fuel is preliminarily influenced by ultrasound for a given time to form cavitation bubbles in the fuel, and then the fuel is fed into the combustion chamber, and the time of exposure to ultrasound is selected from the range 0.1- 1 s, and the frequency ν and the amplitude p m of the sound pressure of ultrasound are selected from the following ratios:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

R - радиус кавитационного пузыря;R is the radius of the cavitation bubble;

ρ - плотность жидкого топлива;ρ is the density of liquid fuel;

р0 - статическое давление жидкого топлива;p 0 - static pressure of liquid fuel;

τin - время самовоспламенения газовой смеси в пузыре,τ in is the time of autoignition of the gas mixture in the bubble,

радиус кавитационного пузыря выбирают большим длины свободного пробега наиболее активного радикала в газовой смеси пузыря, лимитирующего в нем цепной процесс окисления паров топлива кислородом, при этом в процессе воздействия ультразвуком контролируют степень растворимости кислорода в жидком топливе, а при неизменной степени растворимости дополнительно воздействуют на топливо электрическим полем с напряженностью Е, выбираемой из условия:the radius of the cavitation bubble is chosen to be larger than the free path of the most active radical in the gas mixture of the bubble, which limits the chain process of oxidation of fuel vapors by oxygen in it, while in the process of exposure to ultrasound, the degree of solubility of oxygen in liquid fuel is controlled, and with a constant degree of solubility, the fuel is additionally affected by electric field with strength E, selected from the condition:

E>Ed(ε+2)/26(ε-1),E> E d (ε + 2) / 26 (ε-1),

где:Where:

Ed - напряженность пробоя газовой смеси в пузыре;E d is the breakdown strength of the gas mixture in the bubble;

ε - диэлектрическая проницаемость жидкого топлива.ε - dielectric constant of liquid fuel.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, так как только совокупность всех действий и операций, составляющих изобретение, позволяет устранить недостатки, присущие известным способам и обеспечить преимущества заявленного изобретения.These essential features provide a solution to the technical problem posed with the achievement of the claimed technical result, since only the totality of all actions and operations that make up the invention eliminates the disadvantages inherent in the known methods and provides the advantages of the claimed invention.

Дополнительно в отличие от известного уровня техники обеспечивается более эффективное и энергоэкономичное снижение концентрации кислорода в жидком топливе, уменьшается вредное воздействие ультразвуком на топливо - его деструкция и образование в нем предвестников коксоотложений, что достигается сокращением потребной мощности и времени воздействия ультразвуком на топливо из-за высокой скорости цепных процессов химического связывания кислорода в схлопывающихся пузырях по сравнению с потребной мощностью ультразвука и временем сорбции кислорода на мембране или каталитической пластине.Additionally, unlike the prior art, a more efficient and energy-efficient reduction of the oxygen concentration in liquid fuel is provided, the harmful effect of ultrasound on the fuel is reduced - its destruction and the formation of coke precursors in it, which is achieved by reducing the required power and the time of exposure to ultrasound on the fuel due to the high the rate of chain processes of chemical binding of oxygen in collapsing bubbles in comparison with the required power of ultrasound and the time of oxygen sorption on a membrane or catalytic plate.

Настоящее изобретение поясняется иллюстрациями, где:The present invention is illustrated by illustrations, where:

на фиг.1 изображена принципиальная схема системы для реализации способа удаления кислорода из жидкого топлива;figure 1 shows a schematic diagram of a system for implementing a method for removing oxygen from liquid fuel;

на фиг.2 представлены профили давления, температуры и объема газовой смеси в схлопывающемся кавитационном пузыре;figure 2 shows the profiles of pressure, temperature and volume of the gas mixture in the collapsing cavitation bubble;

на фиг.3 представлены профили мольных долей O2, О, H2O в схлопывающемся кавитационном пузыре;figure 3 shows the profiles of the molar fractions of O 2 , O, H 2 O in a collapsing cavitation bubble;

на фиг.4 представлены профили мольных долей СО, CO2, H2O2 в схлопывающемся кавитационном пузыре;figure 4 shows the profiles of molar fractions of CO, CO 2 , H 2 O 2 in a collapsing cavitation bubble;

на фиг.5 представлены профили мольных долей С6Н5, С6Н5О, С6Н5ОН в схлопывающемся кавитационном пузыре.Fig. 5 shows the profiles of molar fractions of C 6 H 5 , C 6 H 5 O, C 6 H 5 OH in a collapsing cavitation bubble.

На фиг.1 представлена принципиальная схема системы для реализации способа удаления кислорода из жидкого топлива. Система состоит из бака 1 с топливом, насоса 2, трубопровода 3, кюветы 4, ультразвукового генератора 5, блока 6 управления ультразвуковым генератором 5, насоса 7 высокого давления, камеры 8 сгорания, генератора 9 электрического поля, блока 10 управления генератором 9 электрического поля, датчика 11 растворимости кислорода в топливе и системы 12 управления.Figure 1 shows a schematic diagram of a system for implementing a method for removing oxygen from liquid fuel. The system consists of a tank 1 with fuel, a pump 2, a pipeline 3, a cuvette 4, an ultrasonic generator 5, a control unit 6 for an ultrasonic generator 5, a high pressure pump 7, a combustion chamber 8, an electric field generator 9, a control unit 10 for an electric field generator 9, sensor 11 solubility of oxygen in fuel and control system 12.

В качестве жидкого топлива может использоваться авиационный или ракетный керосин, например марки T1, ТС-1, РТ (по ГОСТ 10227-2013), зарубежные марки топлива JP-1, Jet А-1, TS-1, автомобильные бензины, биотопливо.Aviation or rocket kerosene can be used as liquid fuel, for example, grades T1, TS-1, RT (according to GOST 10227-2013), foreign fuel grades JP-1, Jet A-1, TS-1, motor gasolines, biofuel.

В качестве датчика 11 для контроля степени растворимости кислорода в режиме реального времени может быть применен датчик акустической эмиссии [6].An acoustic emission sensor [6] can be used as a sensor 11 to control the degree of oxygen solubility in real time.

Способ удаления кислорода из жидкого топлива осуществляется следующим образом.The method for removing oxygen from liquid fuel is carried out as follows.

В процессе работы двигателя топливо из бака 1 подается с помощью насоса 2 по трубопроводу 3 в кювету 4 с заданным давлением р0 и далее с помощью насоса 7 высокого давления в камеру 8 сгорания.During engine operation, fuel from tank 1 is supplied by pump 2 through pipeline 3 to cuvette 4 with a given pressure p 0 and then by means of high-pressure pump 7 to combustion chamber 8.

Система 12 управления управляет ультразвуковым генератором 5 таким образом, что он в течение заданного времени воздействует на жидкое топливо в кювете 4 ультразвуком с образованием в топливе кавитационных пузырей, перед подачей его в камеру 8 сгорания.The control system 12 controls the ultrasonic generator 5 in such a way that it acts on the liquid fuel in the cuvette 4 with ultrasound for a predetermined time to form cavitation bubbles in the fuel, before feeding it into the combustion chamber 8.

Для этого с помощью системы 12 управления подают сигнал на блок управления 6 ультразвуковым генератором 5, задающий время воздействия, частоту ν и амплитуду pm звукового давления ультразвука.For this, using the control system 12, a signal is supplied to the control unit 6 of the ultrasonic generator 5, which sets the exposure time, frequency ν and amplitude p m of the ultrasonic sound pressure.

При этом время воздействия ультразвуком выбирают из диапазона 0.1-1 с, а частоту ν и амплитуду pm звукового давления ультразвука выбирают из следующих соотношений:In this case, the time of exposure to ultrasound is selected from the range of 0.1-1 s, and the frequency ν and the amplitude p m of the sound pressure of ultrasound are selected from the following ratios:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где:Where:

R - радиус кавитационного пузыря;R is the radius of the cavitation bubble;

ρ - плотность жидкого топлива;ρ is the density of liquid fuel;

р0 - статическое давление жидкого топлива;p 0 - static pressure of liquid fuel;

τin - время самовоспламенения газовой смеси в пузыре.τ in is the time of self-ignition of the gas mixture in the bubble.

Радиус кавитационного пузыря выбирают большим длины свободного пробега наиболее активного радикала в газовой смеси пузыря, лимитирующего в нем цепной процесс окисления паров топлива кислородом, с тем, чтобы химические реакции происходили в объеме пузыря, а радикал не тушился на стенках пузыря.The radius of the cavitation bubble is chosen to be larger than the mean free path of the most active radical in the gas mixture of the bubble, which limits the chain process of oxidation of fuel vapors with oxygen in it, so that chemical reactions occur in the volume of the bubble, and the radical is not quenched on the walls of the bubble.

Образование кавитационных пузырей в топливе обусловлено тем, что ультразвук (УЗ), переотражаясь от стенок кюветы, образует трехмерные стоячие волны. В области максимального градиента УЗ в узлах стоячих волн на примесях, в том числе на отдельных молекулах растворенного кислорода [7-9], образуются зародыши пузырей. В соответствии с теорией кавитации, фаза образования зародышей пузырей начинается тогда, когда локальное абсолютное давление в полностью дегазированном топливе падает до значения давления pg2 его насыщенных паров [10]. В частности, для керосина ТС-1 после дегазации минимальное давление pg2 составляет 4.3 кПа [10]. В фазе разрежения зародыши быстро растут и сливаются в единый пузырь радиуса R в узле стоячей волны, который потом схлопывается или образует конгломерацию, в зависимости от частоты УЗ и размеров пузыря, заданных амплитудой звукового давления.The formation of cavitation bubbles in the fuel is due to the fact that ultrasound (US), re-reflected from the walls of the cell, forms three-dimensional standing waves. In the region of the maximum ultrasonic gradient at the nodes of standing waves on impurities, including on individual molecules of dissolved oxygen [7-9], bubble nuclei are formed. In accordance with the theory of cavitation, the phase of nucleation of bubbles begins when the local absolute pressure in a completely degassed fuel drops to the value of the pressure p g2 of its saturated vapors [10]. In particular, for kerosene TS-1 after degassing, the minimum pressure p g2 is 4.3 kPa [10]. In the rarefaction phase, the embryos grow rapidly and merge into a single bubble of radius R at the node of the standing wave, which then collapses or forms a conglomeration, depending on the frequency of ultrasound and the size of the bubble, given by the amplitude of sound pressure.

Поскольку концентрация n кислорода в керосине составляет около 1.48·1024 м-3 при его растворимости XO2 около 0.079 кг/м3 [4], то среднее расстояние l между молекулами растворенного кислорода O2 составляет:Since the concentration n of oxygen in kerosene is about 1.48 · 10 24 m -3 with its solubility X O2 about 0.079 kg / m 3 [4], the average distance l between molecules of dissolved oxygen O 2 is:

l~n1/3=10-8 м l ~ n 1/3 = 10 -8 m

Зародыши пузырей, образовавшиеся на отдельных молекулах примесей, сливаются в один пузырь, если их радиус становится больше l. Далее пузырь растет в области максимального градиента ультразвуковой волны до резонансных значений его радиуса R. Концентрация кислорода в зародыше и растущем пузыре составляет также порядка 1024 м-3, как и в керосине до воздействия УЗ, поскольку в зародыши пузырей входит весь кислород, который ранее находился в данной области керосина, а парциальное давление pg1 кислорода в пузыре при 20°С составляет 6·10-2 атм. Помимо кислорода в пузыре присутствуют насыщенные пары керосина, которые попадают в полость испарением через стенки пузыря. Для реактивных топлив давление pg2 насыщенных паров при температуре Т, равной 20°С составляет от 3·10-3 до 6·10-2 атм. [4]. В этом случае:Bubble nuclei formed on individual impurity molecules merge into one bubble if their radius becomes greater than l . Further, the bubble grows in the region of the maximum gradient of the ultrasonic wave to the resonance values of its radius R. The oxygen concentration in the nucleus and the growing bubble is also about 10 24 m -3 , as in kerosene before the ultrasonic action, since all the oxygen that previously enters the bubble nuclei. was in this region of kerosene, and the partial pressure p g1 of oxygen in the bubble at 20 ° C is 6 · 10 -2 atm. In addition to oxygen, the bubble contains saturated kerosene vapors, which enter the cavity by evaporation through the bubble walls. For jet fuels, the pressure p g2 of saturated vapor at a temperature T equal to 20 ° C is from 3 · 10 -3 to 6 · 10 -2 atm. [four]. In this case:

pg0=pg1+pg2=0.066 атм, где:p g0 = p g1 + p g2 = 0.066 atm, where:

pg0 - суммарное давление газовой смести в пузыре.p g0 is the total pressure of the gas displacement in the bubble.

Газовый состав в пузырях на начальной стадии схлопывания при комнатной температуре принимается в расчетах следующим: концентрации паров суррогата 1023 м-3, концентрация кислорода 1024 м-3 (10% суррогата по отношению к кислороду).The gas composition in the bubbles at the initial stage of collapse at room temperature is taken in the calculations as follows: the vapor concentration of the surrogate is 10 23 m -3 , the oxygen concentration is 10 24 m -3 (10% of the surrogate with respect to oxygen).

Выбор времени воздействия ультразвуком из диапазона 0.1-1 с обусловлен необходимостью ограничить образование и распад гидропероксидов, играющих главную роль в жидкофазном коксоотложении, при звукохимических реакциях, протекающих в топливе при воздействии на него ультразвуком [5], [7].The choice of the time of exposure to ultrasound from the range of 0.1-1 s is due to the need to limit the formation and decomposition of hydroperoxides, which play a major role in liquid-phase coke deposition, during sound-chemical reactions occurring in the fuel when exposed to ultrasound [5], [7].

Время τin самовоспламенения заранее рассчитывается посредством компьютерного моделирования реакций окисления паров топлива кислородом в пузыре, например, в коммерческом пакете программ Chemkin, причем пары керосина можно заменить химическим суррогатом, в состав которого входит 80% С10Н22 (н-декан) и 20% С6Н6 (бензол), согласно методике [11]. Исходя из значения времени самовоспламенения параметры ультразвука выбираются такими, чтобы кислород, находящийся в пузыре, успел химически связаться с парами топлива в пары воды и углекислого газа за время существования пузыря (соотношение (1)). Кроме того, для самовоспламенения паров топлива в пузыре необходимы высокие температура и давление последних, что можно достичь при быстром схлопывании пузыря.The autoignition time τ in is calculated in advance by means of computer simulation of the reactions of oxidation of fuel vapors with oxygen in a bubble, for example, in the commercial Chemkin software package, and kerosene vapors can be replaced by a chemical surrogate, which contains 80% C 10 H 22 (n-decane) and 20 % С 6 Н 6 (benzene), according to the method [11]. Based on the value of the autoignition time, the ultrasound parameters are chosen so that the oxygen in the bubble has time to chemically bond with the fuel vapor into water and carbon dioxide vapor during the bubble existence (relation (1)). In addition, for self-ignition of fuel vapors in the bubble, high temperatures and pressure of the latter are required, which can be achieved with a rapid collapse of the bubble.

Для того, чтобы кавитационный пузырь не начал неограниченно расти под действием ультразвука, он должен схлопнуться за половину периода ультразвука в стадии повышенного давления. Для этого необходимо выполнение соотношения (2).In order for the cavitation bubble not to start growing indefinitely under the action of ultrasound, it must collapse in half the ultrasound period at the high pressure stage. This requires the fulfillment of relation (2).

В процессе воздействия ультразвуком контролируют степень растворимости кислорода в жидком топливе, для этого датчик 11 передает данные о степени растворимости кислорода в жидком топливе в систему 12 управления, которая проверяет наличие снижения степени растворимости, и при неизменной степени растворимости подает сигнал на блок 10 управления для включения генератора 9 электрического поля, который дополнительно воздействует на топливо в кювете 4 электрическим полем с напряженностью Е, выбираемой из условия:In the process of exposure to ultrasound, the degree of solubility of oxygen in liquid fuel is monitored, for this, the sensor 11 transmits data on the degree of solubility of oxygen in liquid fuel to the control system 12, which checks for a decrease in the degree of solubility, and with a constant degree of solubility sends a signal to the control unit 10 to turn on generator 9 of the electric field, which additionally affects the fuel in the cell 4 with an electric field with an intensity E, selected from the condition:

Ε>Ed(ε+2)/26(ε-1),Ε> E d (ε + 2) / 26 (ε-1),

где:Where:

Ed - напряженность пробоя газовой смеси в пузыре;E d is the breakdown strength of the gas mixture in the bubble;

ε - диэлектрическая проницаемость жидкого топлива.ε - dielectric constant of liquid fuel.

Пузыри, образующиеся в топливе в ультразвуковом поле, под действием внешнего электрического поля могут деформироваться и терять устойчивость. На поверхностях пузырей возникают капиллярные волны, локально усиливая внешнее электрическое поле. Тем самым создаются условия для возникновения коронного разряда, что приводит к появлению свободных электронов и развитию в пузырях плазмохимических реакций, ускоряющих химическое связывание кислорода. При специально подобранных условиях (по приведенной напряженности поля вблизи пучности капиллярной волны на внутренней поверхности кавитационного пузыря [12]) может начать генерироваться синглетный кислород O2_а1, реакционная способность которого выше, чем у невозбужденного O2. В этом случае кислород быстрее связывается в химические соединения и влияет на состав газовой смеси в пузыре. Известно, что для влажного воздуха в нормальных условиях напряженность Ed пробоя составляет около 3·106 В/м. Однако при пониженном суммарном давлении p0g газовой смеси в схлопывающемся пузыре, равном 0.066 атм, которое соответствует начальному моменту схлопывания пузыря, напряженность Ed пробоя снижается до порядка 104 В/м (при длине межэлектродного промежутка около 0.1 м) [4]. Считая пучность проводящим эллипсоидом (для хорошо проводящей жидкости, например, воды), исходя из известного факта усиления поля в его окрестности [13]:Bubbles formed in fuel in an ultrasonic field can deform and become unstable under the action of an external electric field. Capillary waves appear on the surfaces of the bubbles, locally amplifying the external electric field. Thus, conditions are created for the occurrence of a corona discharge, which leads to the appearance of free electrons and the development of plasma-chemical reactions in the bubbles, which accelerate the chemical binding of oxygen. Under specially selected conditions (according to the reduced field strength near the antinode of the capillary wave on the inner surface of the cavitation bubble [12]), singlet oxygen O 2 _a1 can begin to be generated, the reactivity of which is higher than that of unexcited O 2 . In this case, oxygen quickly binds into chemical compounds and affects the composition of the gas mixture in the bubble. It is known that for humid air under normal conditions the breakdown strength E d is about 3 · 10 6 V / m. However, at reduced total pressure p 0g gas mixture in a collapsing bubble equal to 0.066 atm, which corresponds to the start time of the bubble collapse, E d breakdown strength is reduced to about 10 4 V / m (the length of the interelectrode gap of about 0.1 m) [4]. Considering the antinode as a conducting ellipsoid (for a well-conducting liquid, for example, water), proceeding from the known fact of the field amplification in its vicinity [13]:

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- это эксцентриситет эллипсоидаWhere
Figure 00000006
is the eccentricity of the ellipsoid

Тогда:Then:

Ed≈25Е,E d ≈25Е,

где е≈0.98,where e≈0.98,

а в качестве полуосей эллипсоида взяты предельные значения амплитуды А колебаний и радиуса r кривизны вершины пучности [14]:and the limiting values of the amplitude A of oscillations and the radius r of curvature of the top of the antinode were taken as the semiaxes of the ellipsoid [14]:

Α=16r/π=16λ/π2 Α = 16r / π = 16λ / π 2

r=λ/π.r = λ / π.

λ - длина капиллярной волны на поверхности пузыря.λ is the capillary wavelength on the bubble surface.

Поскольку керосин - это жидкий диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε в статическом режиме, равной 2 [4], необходимо сделать поправку на неполную (частичную) поляризацию диэлектрика по формуле Клаузиса-Моссотти для диэлектрического шара во внешнем поле:Since kerosene is a liquid dielectric with a dielectric constant ε in a static mode equal to 2 [4], it is necessary to make a correction for the incomplete (partial) polarization of the dielectric according to the Clausis-Mossotti formula for a dielectric sphere in an external field:

Figure 00000007
, где:
Figure 00000007
where:

Edd - напряженность в окрестности пучности капиллярной волны на поверхности пузыря в жидком диэлектрике.E dd is the intensity in the vicinity of the antinode of the capillary wave on the surface of the bubble in a liquid dielectric.

В соответствии с этим, для возникновения разряда в пузыре на пучности капиллярной волны необходимо поместить его во внешнее поле напряженностью Ε порядка 103 В/м.In accordance with this, for the discharge to appear in the bubble at the antinode of the capillary wave, it is necessary to place it in an external field of intensity Ε of the order of 10 3 V / m.

Для реакции возбужденияFor the excitation reaction

O2+е=O2_а1+еO 2 + e = O 2 _a1 + e

при концентрации NO2 кислорода в керосине около 1.48·1024 м-3 сечение σmax взаимодействия электрона (е) с нейтральной молекулой кислорода составляет порядка 10-21 м2 [12], а энергия W возбуждения O2 в синглетное состояние около 7 эВ, которые задают величину напряженности Ed электрического поля, необходимую для ускорения свободных электронов до достижения кинетической энергии W:at a concentration of N O2 oxygen in kerosene of about 1.48 · 10 24 m -3, the cross section σ max of the interaction of an electron (e) with a neutral oxygen molecule is about 10 -21 m 2 [12], and the energy W of excitation of O 2 to the singlet state is about 7 eV , which set the value of the electric field strength E d required to accelerate free electrons until the kinetic energy W is reached:

Ed≈WσmaxNO2~104 B/мE d ≈Wσ max N O2 ~ 10 4 B / m

Таким образом, напряженность пробоя в атмосфере пузыря и напряженность, необходимая для генерации синглетного кислорода на свободных электронах, совпадают по порядку величины Ed, равной 104 В/м, а для достижения этих условий в режиме ультразвуковой кавитации внешнее электрическое поле может быть снижено до напряженности Ε порядка 103 В/м.Thus, the breakdown voltage in an atmosphere of bladder and tension required for the generation of singlet oxygen free electron same order of magnitude E d, equal to 10 4 V / m, and to achieve these conditions in an ultrasonic cavitation mode of the external electric field can be reduced to tension Ε about 10 3 V / m.

На графиках (см. фиг.2-5) показаны профили основных параметров газовой смеси в схлопывающемся пузыре на основе расчетов для модельного кавитационного пузыря с параметрами:The graphs (see Figs. 2-5) show the profiles of the main parameters of the gas mixture in the collapsing bubble based on calculations for a model cavitation bubble with parameters:

ν=22 кГц, р0=pm=6 атм, p0g=0.066 атм, q=0.0066, Tg0=298K, R0=2 мм, газовая смесь O2:керосин=10:1, где:ν = 22 kHz, p 0 = p m = 6 atm, p 0g = 0.066 atm, q = 0.0066, T g0 = 298K, R 0 = 2 mm, gas mixture O 2 : kerosene = 10: 1, where:

q - газосодержание топлива;q is the gas content of the fuel;

Tg0 - температура в начальном моменте схлопывания пузыря;T g0 - temperature at the initial moment of bubble collapse;

R0 - радиус пузыря в начальном моменте схлопывания.R 0 - bubble radius at the initial moment of collapse.

На фиг.2 представлены профили давления Pg, температуры Tg и объема Vg газовой смеси в схлопывающемся пузыре, где по оси абсцисс указано время, а по оси ординат - соответствующие значения величин, на фиг.3-5 - профили мольных долей компонентов газовой смести, где по оси абсцисс указано время, а по оси ординат - соответствующие значения мольных долей указанных компонентов.Figure 2 shows the profiles of pressure P g , temperature T g and volume V g of the gas mixture in a collapsing bubble, where the time is indicated on the abscissa, and the corresponding values are indicated on the ordinate; Figs. 3-5 are the profiles of the molar fractions of the components gas displacement, where the time is indicated on the abscissa, and the corresponding values of the molar fractions of the indicated components are indicated on the ordinate.

В этом примере было выбрано повышенное давление, типичное для топливных гидросистем. Радиус пузыря выбирался из условия его резонанса с ультразвуковой волной в соответствии с формулой Минаерта, причем он был больше длины свободного пробега наиболее активного радикала в данной газовой смеси. Из профилей (фиг.3-5) видно, что за время схлопывания модельная газовая смесь успевает самовоспламениться (τin равно 4.764·10-5 с), и молекулы O2 практически полностью связываются (фиг.3). Причем исходное количество O2, составляющее 91% от состава смеси, преимущественно связывается в H2O, СО и CO2, а их пиковые значения в момент τin составляют 39%, 34%, 14% соответственно (фиг.4). Около 4% O2 связывается в более сложные химические соединения, среди которых пиковые значения мольных долей циклических углеводородов от полного состава смеси составляют: C6H5OO - 0.35%, С6Н5ОН - 0.32%, H2O2 - 3% (фиг.5). В процентном отношении от исходного количества паров керосина в пузыре они составляют соответственно: C6H5OO - 3.5%, C6H5OOH - 3.2%, H2O2 - 30%. В пересчете на весь жидкий керосин, протекающий через кювету, мольная доля H2O2 ничтожна и составляет порядка 10-4, а C6H5OO порядка 10-5. Более того, эти пиковые значения успевают снизиться на порядки за время ~10-8 с на конечном этапе схлопывания пузыря. Если считать, что без ультразвукового воздействия весь растворенный O2 идет на образование предвестников коксообразования, то при ультразвуковом воздействии пиковые значения концентраций предвестников коксообразования, в частности H2O2, снижаются в 30 раз, что подтверждает достижение технического результата в части снижения их концентрации в топливе.In this example, an overpressure typical for hydraulic fuel systems was selected. The bubble radius was chosen from the condition of its resonance with an ultrasonic wave in accordance with the Minaert formula, and it was greater than the free path of the most active radical in a given gas mixture. It can be seen from the profiles (Figs. 3-5) that during the collapse the model gas mixture has time to self-ignite (τ in is equal to 4.764 · 10 -5 s), and the O 2 molecules are almost completely bound (Fig. 3). Moreover, the initial amount of O 2 , which is 91% of the mixture composition, is predominantly bound in H 2 O, CO and CO 2 , and their peak values at time τ in are 39%, 34%, 14%, respectively (Fig. 4). About 4% O 2 binds to more complex chemical compounds, among which the peak values of the molar fractions of cyclic hydrocarbons from the total composition of the mixture are: C 6 H 5 OO - 0.35%, C 6 H 5 OH - 0.32%, H 2 O 2 - 3 % (Fig. 5). As a percentage of the initial amount of kerosene vapor in the bubble, they are respectively: C 6 H 5 OO - 3.5%, C 6 H 5 OOH - 3.2%, H 2 O 2 - 30%. In terms of all liquid kerosene flowing through the cuvette, the molar fraction of H 2 O 2 is negligible and amounts to about 10 -4 , and C 6 H 5 OO is about 10 -5 . Moreover, these peak values have time to decrease by orders of magnitude in a time of ~ 10 -8 s at the final stage of bubble collapse. If we assume that without ultrasonic exposure, all dissolved O 2 goes to the formation of coke precursors, then under ultrasonic exposure the peak concentrations of coke precursors, in particular H 2 O 2 , decrease 30 times, which confirms the achievement of the technical result in terms of reducing their concentration in fuel.

Интенсивность I ультразвука на частоте 22 кГц без учета поглощения звука, при его давленииThe intensity I of ultrasound at a frequency of 22 kHz without taking into account the absorption of sound, at its pressure

pm=6 атмp m = 6 atm

в жидком топливе, необходимая для схлопывания пузырей сin liquid fuel, necessary for the collapse of bubbles with

R0=2 мм,R 0 = 2 mm,

составляет:is:

I=(pm)2/2ρс~2·105 Вт/м2, гдеI = (p m) 2 / 2ρs ~ 2 × 10 5 W / m 2 where

с - скорость звука в топливе (см. [7-9]).с is the speed of sound in the fuel (see [7-9]).

Для генератора ультразвука, работающего на частоте 22 кГц, указанная выше величина I коррелирует с акустической интенсивностью 10 Вт/см2, которая по экспериментальным данным [3] достаточна для влияния на химический состав керосиновых топлив.For an ultrasound generator operating at a frequency of 22 kHz, the above value of I correlates with an acoustic intensity of 10 W / cm 2 , which, according to experimental data [3], is sufficient to influence the chemical composition of kerosene fuels.

В расчетах, результаты которых представлены на фиг.2-5, один пузырь с R0, равным 2 мм, приходится на ячейку керосина, образованную трехмерной стоячей волной с половиной длины волны λ, равной 3 см, а объем ячейки примерно в 3·103 раз больше объема пузыря. Для снижения растворимости O2 во всей ячейке требуется порядка 3·103 (K) циклов схлопываний (резонансные пузыри должны покрыть весь объем пучности стоячей трехмерной волны), т.е. время tK пребывания выделенного объема керосина в зоне кавитации составляет:In the calculations, the results of which are presented in Figs. 2-5, one bubble with R 0 equal to 2 mm falls on a kerosene cell formed by a three-dimensional standing wave with half the wavelength λ equal to 3 cm, and the cell volume is about 3 10 3 times the bubble volume. To reduce the O 2 solubility in the entire cell, about 3 × 10 3 (K) collapse cycles are required (resonance bubbles should cover the entire volume of the antinode of a standing three-dimensional wave), i.e. time t K of stay of the allocated volume of kerosene in the cavitation zone is:

tK~K/ν=0.14 c.t K ~ K / ν = 0.14 s.

Это значение гораздо больше соответствует требованию предотвращения образования вредных гидропероксидов, чем предельное время озвучивания 10 с в наиболее близком аналоге изобретения. Если требуется обеспечить расход керосина 600 г/с, типичный для авиадвигателей пассажирской или транспортной авиации на крейсерском режиме, то габариты l 3 ультразвуковой кюветы должны составитьThis value is much more consistent with the requirement to prevent the formation of harmful hydroperoxides than the limiting sounding time of 10 s in the closest analogue of the invention. If it is required to provide a kerosene consumption of 600 g / s, which is typical for aircraft engines of passenger or transport aviation at cruise mode, then the dimensions l 3 of the ultrasonic cell should be

l 3=5 см · 5 см · 5 см при tK~0.14 c, l 3 = 5 cm 5 cm 5 cm at t K ~ 0.14 s,

а скорость и прокачки керосина через нее равна 0.34 м/с. Для рассматриваемого случая мощность ультразвука в кювете составляетand the speed and pumping of kerosene through it is 0.34 m / s. For the case under consideration, the ultrasound power in the cell is

Pa=IS≈500 ВтP a = IS≈500 W

(S - площадь фронта плоской ультразвуковой волны). В случае атмосферного давления в керосине, как рассматривается в большинстве аналогов, для порога кавитации при частоте 22 кГц требуются гораздо большие габариты l 3 и вес кюветы:(S is the area of the front of a plane ultrasonic wave). In the case of atmospheric pressure in kerosene, as is considered in most analogs, for the cavitation threshold at a frequency of 22 kHz, much larger dimensions l 3 and the weight of the cell are required:

l 3=50 см · 50 см · 50 см, u=0.001 м/с, Ρa~3 кΒт. l 3 = 50 cm 50 cm 50 cm, u = 0.001 m / s, Ρ a ~ 3 kΒt.

Таким образом, изобретение позволяет сократить потребную акустическую мощность ультразвука в 6 раз - с 3 кВт до 0.5 кВт и обеспечить достижение технического результата в части сокращения времени подачи топлива в камеру сгорания.Thus, the invention makes it possible to reduce the required acoustic power of ultrasound by a factor of 6 - from 3 kW to 0.5 kW and to ensure the achievement of a technical result in terms of reducing the time of fuel supply to the combustion chamber.

Ранее было показано, что повышение частоты УЗ способствует увеличению скорости захвата кислорода в пузырь при нормальном давлении в кювете (1 атм). Выбор частоты ν и давления p обусловлен сформулированными выше требованиями неравенств (1) и (2), где плотность и время воспламенения практически не зависят от частоты, однако, время воспламенения τin зависит от р, Т. Согласно упрощенным расчетам, без учета электрически возбужденных молекул, при частоте 0.2 МГц воспламенение в пузыре не происходит (параметры режима схлопывания пузырька:Earlier it was shown that an increase in the frequency of ultrasound promotes an increase in the rate of capture of oxygen into the bubble at normal pressure in the cell (1 atm). The choice of the frequency ν and pressure p is due to the above formulated requirements of inequalities (1) and (2), where the density and ignition time are practically independent of the frequency, however, the ignition time τ in depends on p, T. According to simplified calculations, without taking into account the electrically excited molecules, no ignition occurs in the bubble at a frequency of 0.2 MHz (parameters of the bubble collapse mode:

R0=0.1 мм, pg0=0.066 атм, p0~pm=1 атм, p=1.7 атм, q=0.039, Tg0=298K).R 0 = 0.1 mm, p g0 = 0.066 atm, p 0 ~ p m = 1 atm, p = 1.7 atm, q = 0.039, T g0 = 298K).

Тем не менее, при повышении частоты УЗ химическое связывание O2 возможно под действием электрического поля, если учитывать электрическое возбуждение молекул [7], способное ускорить цепной механизм окисления.Nevertheless, with an increase in the ultrasonic frequency, the chemical binding of O 2 is possible under the action of an electric field, if we take into account the electrical excitation of molecules [7], which can accelerate the chain oxidation mechanism.

Дополнительно обеспечивается сокращение массогабаритных характеристик системы для реализации способа удаления кислорода из жидкого топлива, что обусловлено снижением гидродинамического сопротивления из-за отсутствия механической или химической сепарации кавитационных пузырей на мембране или на каталитической пластине.Additionally, a reduction in the mass and size characteristics of the system is provided for implementing the method for removing oxygen from liquid fuel, which is due to a decrease in hydrodynamic resistance due to the absence of mechanical or chemical separation of cavitation bubbles on the membrane or on the catalytic plate.

Список источниковList of sources

1. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях / Яновский Л.С., Иванов В.Ф., Галимов Ф.М., Сапгир Г.Б. - Казань: «Абак», 1999. - 284 с.1. Coke deposits in aircraft and rocket engines / Yanovskiy LS, Ivanov VF, Galimov FM, Sapgir GB. - Kazan: "Abak", 1999. - 284 p.

2. Яновский Л.С., Михайлов П.Г., Харин А.А. Закономерности образования коксоотложений при термодеструкции авиабиотоплива // Эл. журнал «Труды МАИ», вып. №56, с. 1-6.2. Yanovskiy L.S., Mikhailov P.G., Kharin A.A. Regularities of the formation of coke deposits during thermal destruction of aviation biofuel // El. journal "Trudy MAI", vol. No. 56, p. 1-6.

3. Ануфриев Р.В. Влияние ультразвуковой обработки на структурно-механические свойства и состав нефтяных дисперсных систем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук, Томск, 2017.3. Anufriev R.V. Influence of ultrasonic treatment on the structural and mechanical properties and composition of oil dispersed systems. Dissertation for the degree of candidate of chemical sciences, Tomsk, 2017.

4. Дубовкин Н.Ф., Маланичева В.Г., Массур Ю.П., Федоров Е.П. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив // Справочник. Москва, изд. «Химия», 1985, 240 с. 4. Dubovkin N.F., Malanicheva V.G., Massur Yu.P., Fedorov E.P. Physicochemical and operational properties of jet fuels // Handbook. Moscow, ed. "Chemistry", 1985, 240 p.

5. Эмануель Н.М., Зайков Т.Е., Майзус З.К. Роль среды в радикально-цепных реакциях окисления органических соединений. - М: Наука, 1973. - 297 с.5. Emanuel N.M., Zaikov T.E., Maizus Z.K. The role of the environment in radical-chain reactions of oxidation of organic compounds. - M: Nauka, 1973 .-- 297 p.

6. Кузнецов Д.М. и др. Изучение процессов дегазации в жидкости методом акустической эмиссии // Современные наукоемкие технологии. 2018. №3. с. 74-79.6. Kuznetsov D.M. et al. Study of degassing processes in liquids by the method of acoustic emission // Modern science-intensive technologies. 2018. No. 3. from. 74-79.

7. М.А. Маргулис Звукохимические реакции и сонолюминисценция // Научное издание, Изд «Химия», Москва, 1986, 288 с.7.M.A. Margulis Sound chemical reactions and sonoluminescence // Scientific edition, Publishing house "Chemistry", Moscow, 1986, 288 p.

8. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику // Учебное пособие под ред. В.А.Красильникова. Москва. Наука. Глав. ред. физ.-мат.лит., - 400 с. 1984.8. Krasilnikov V.A., Krylov V.V. Introduction to physical acoustics // Textbook ed. V.A. Krasilnikov. Moscow. The science. Chapters ed. phys.-math.lit., - 400 p. 1984.

9. Паршаков А.Н. Физика линейных и нелинейных волновых процессов в избранных задачах. Электромагнитные и акустические волны // Долгопрудный, Изд. Дом «Интеллект». 2014. - 144 с. 9. Parshakov A.N. Physics of linear and nonlinear wave processes in selected problems. Electromagnetic and acoustic waves // Dolgoprudny, Ed. House "Intellect". 2014 .-- 144 p.

10. К.Д. Ефремова, В.Н. Пильгунов Кавитационные свойства жидкостей // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. №03. С.12-36.10.K.D. Efremova, V.N. Pilgunov Cavitation properties of liquids // Science and Education. Moscow State Technical University N.E. Bauman. Electron. zhurn. 2016. No. 03. S.12-36.

11. Старик A.M., Титова Н.С., Торохов А.С. Кинетика окисления и горения сложных углеводородных топлив: авиационный керосин // ФГВ. т. 49. №4. 2013 с. 1-19.11. Old man A.M., Titova NS, Torokhov A.S. Kinetics of oxidation and combustion of complex hydrocarbon fuels: aviation kerosene // FGV. t. 49. No. 4. 2013 p. 1-19.

12. Starik A.M., Kuleshov P.S., Loukhovitski B.I. Titova N.S. Theoretical study of partial oxidation of methane by non-equilibrium oxygen plasma to produce hydrogen rich syngas // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. T.40. №32. C.9872-9884.12. Starik A.M., Kuleshov P.S., Loukhovitski B.I. Titova N.S. Theoretical study of partial oxidation of methane by non-equilibrium oxygen plasma to produce hydrogen rich syngas // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V.40. No. 32. C.9872-9884.

13. А.И. Григорьев О некоторых закономерностях реализации неустойчивости по отношению к поверхностному заряду мениска жидкости на торце капилляра // ЖТФ, Т. 77, вып. 2, 2007, С.31.13. A.I. Grigoriev On some regularities of instability realization with respect to the surface charge of the liquid meniscus at the capillary end // ZhTF, T. 77, no. 2, 2007, p. 31.

14. Кулешов П.С. О диспергировании наночастиц алюминия // Горение и Взрыв. 2019. Т. 12, №3, с. 118-127.14. Kuleshov P.S. On the dispersion of aluminum nanoparticles // Combustion and Explosion. 2019.Vol. 12, No. 3, p. 118-127.

Claims (13)

Способ удаления кислорода из жидкого топлива, заключающийся в том, что предварительно в течение заданного времени воздействуют на жидкое топливо ультразвуком с образованием в топливе кавитационных пузырей, а затем подают топливо в камеру сгорания, отличающийся тем, что время воздействия ультразвуком выбирают из диапазона 0,1-1 с, а частоту ν и амплитуду pm звукового давления ультразвука выбирают из следующих соотношений:A method for removing oxygen from liquid fuel, which preliminarily affects the liquid fuel with ultrasound for a predetermined time with the formation of cavitation bubbles in the fuel, and then supplies fuel to the combustion chamber, characterized in that the time of exposure to ultrasound is selected from the range 0.1 -1 s, and the frequency ν and the amplitude p m of the sound pressure of ultrasound are selected from the following ratios:
Figure 00000008
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000009
где:Where: R - радиус кавитационного пузыря;R is the radius of the cavitation bubble; ρ - плотность жидкого топлива;ρ is the density of liquid fuel; р0 - статическое давление жидкого топлива;p 0 - static pressure of liquid fuel; τin - время самовоспламенения газовой смеси в пузыре,τ in is the time of autoignition of the gas mixture in the bubble, радиус кавитационного пузыря выбирают большим длины свободного пробега наиболее активного радикала в газовой смеси пузыря, лимитирующего в нем цепной процесс окисления паров топлива кислородом, при этом в процессе воздействия ультразвуком контролируют степень растворимости кислорода в жидком топливе, а при неизменной степени растворимости дополнительно воздействуют на топливо электрическим полем с напряженностью Е, выбираемой из условия:the radius of the cavitation bubble is chosen to be larger than the free path of the most active radical in the gas mixture of the bubble, which limits the chain process of oxidation of fuel vapors by oxygen in it, while in the process of exposure to ultrasound, the degree of solubility of oxygen in liquid fuel is controlled, and with a constant degree of solubility, the fuel is additionally affected by electric field with strength E, selected from the condition: E>Ed(ε+2)/26(ε-1),E> E d (ε + 2) / 26 (ε-1), где:Where: Ed - напряженность пробоя газовой смеси в пузыре;E d is the breakdown strength of the gas mixture in the bubble; ε - диэлектрическая проницаемость жидкого топлива.ε - dielectric constant of liquid fuel.
RU2020131185A 2020-09-22 2020-09-22 Method of removing oxygen from liquid fuel RU2742851C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131185A RU2742851C1 (en) 2020-09-22 2020-09-22 Method of removing oxygen from liquid fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131185A RU2742851C1 (en) 2020-09-22 2020-09-22 Method of removing oxygen from liquid fuel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2742851C1 true RU2742851C1 (en) 2021-02-11

Family

ID=74665982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020131185A RU2742851C1 (en) 2020-09-22 2020-09-22 Method of removing oxygen from liquid fuel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2742851C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766511C1 (en) * 2021-04-22 2022-03-15 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of removing oxygen from liquid fuel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2244845C2 (en) * 2002-04-05 2005-01-20 Бухаркин Анатолий Кузьмич Method of preparation of hydrocarbon fuel
US6887286B1 (en) * 1998-07-08 2005-05-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel reformer device
US7041154B2 (en) * 2003-12-12 2006-05-09 United Technologies Corporation Acoustic fuel deoxygenation system
US20080098894A1 (en) * 2006-11-01 2008-05-01 Sabatino Daniel R Acoustic degassing heat exchanger
US10527011B2 (en) * 2017-06-06 2020-01-07 Hamilton Sundstrand Corporation Sonication-assisted fuel deoxygenation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6887286B1 (en) * 1998-07-08 2005-05-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel reformer device
RU2244845C2 (en) * 2002-04-05 2005-01-20 Бухаркин Анатолий Кузьмич Method of preparation of hydrocarbon fuel
US7041154B2 (en) * 2003-12-12 2006-05-09 United Technologies Corporation Acoustic fuel deoxygenation system
US20080098894A1 (en) * 2006-11-01 2008-05-01 Sabatino Daniel R Acoustic degassing heat exchanger
US10527011B2 (en) * 2017-06-06 2020-01-07 Hamilton Sundstrand Corporation Sonication-assisted fuel deoxygenation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766511C1 (en) * 2021-04-22 2022-03-15 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of removing oxygen from liquid fuel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2742851C1 (en) Method of removing oxygen from liquid fuel
US7178339B2 (en) Closed-loop cooling system for a hydrogen/oxygen based combustor
EP2478075B1 (en) Method for oxidatively increasing cetane number of hydrocarbon fuel
RU2361901C2 (en) Increasing quality of oil by means of ultra-sonic and microwave frequency treatment
US20090194421A1 (en) Apparatus for Generating Electrolytic Gas Composite Fuel, and Method for Generating this Fuel
WO2003076790A1 (en) Process and synthesizer for molecular engineering and synthesis of materials
JP2006241243A (en) Fuel improving device for internal-combustion engine
RU2454607C1 (en) Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft
JP2015098864A (en) Internal combustion engine control device
US4594969A (en) Method and apparatus for producing a fuel mixture
KR102076509B1 (en) Ultrasonic Fuel Supplying Apparatus and Internal Combustion Engine and Combustion Apparatus Employing the Same
CN101149029A (en) Water combustion-supporting equipment for automobile
JP6818952B1 (en) Oxygen radical supply device and oxygen radical supply method
EP2294305B1 (en) Sonic system and method for producing liquid-gas mixtures
TWI621705B (en) Method and device for manufacturing water-added fuel
CN203879652U (en) Directional spinning plasma combustion supporting system
WO2012027820A1 (en) Production of high-cetane diesel product
KR101527152B1 (en) Engine system for oil tank ship
Golub et al. Rationale for the parameters of equipment for production and use of biodiesel in agricultural production
RU2738499C1 (en) Method of carrying detachable part of launch vehicle and device for implementation thereof
KR20200074499A (en) Manufacturing of mixed fuel by dissolving gas produced by electrolysis of water in the form of a microbubble in liquid fuel
Vorobyov et al. Unique and Stable Water-Fuel Emulsions
JP3219808U (en) Molecular atomized fuel saving device for vehicles
RU2319735C1 (en) Method of treatment of vegetable oils
JP2004076608A (en) Diesel engine for reformed fuel

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804