An experimental study of the Leidenfrost evaporation characteristics of emulsified liquid droplets

Experimental observations of the evaporation characteristics of water-in-fuel emulsion droplets in film boiling on a hot horizontal surface are reported. Detailed measurements of the temporal variation of equivalent droplet diameter for water-in-heptane and water-in-decane emulsions are made at surface temperatures of 565, 620 and 680 K. Experiments are performed at atmospheric pressure and initial water volume concentrations of 10, 20, 35 and 50%. More qualitative characteristics are observed for emulsions of water in octane, nonane and dodecane. It is found that water/heptane and water/decane emulsions exhibit preferential vaporization such that either the water or hydrocarbon evaporate first (for decane or heptane emulsions, respectively). This result is revealed by an apparent discontinuity in the evolution of equivalent droplet diameter and is explained on the basis of a simple distillation limit model for evaporation. Results also show that the droplet evaporation rate decreases, and the total droplet evaporation time increases, with increasing water content. The initially opaque colored droplets appear to clear up during vaporization for several of the emulsions tested. Coalescence of the internal phase for water/octane and water/dodecane emulsions is also observed. Of the emulsions tested, only the water/heptane emulsions exhibit a disruptive characteristic at the end of the evaporation process. On décrit des observations expérimentales sur les caractéristiques de l'évaporation de gouttelettes d'emulsion d'eau dans du fioul sur une surface horizontale chaude. Des mesures détaillées de la variation temporelle du diamètre équivalent de goutte pour des émulsions d'eau-heptane et eau-decane sont faites pour des températures de surface 565, 620 et 680 K. Les expériences sont conduites à la pression atmosphérique avec des concentrations d'eau de 10, 20 35 et 50%. D'autres caractéristiques sont observées pour des émulsions d'eau avec octane, nonane et dodecane. On trouve que les émulsions eau-heptane et eau-decane montrent une vaporisation préférentielle telle que l'eau ou l'hydrocarbure s'évapore en premier (respectivement pour les émulsions de decane et d'heptane). Ce résultat est révélé par une discontinuité apparente dans lévolution du diamètre équivalent de goutte et il est expliqué à partir d'un modèle de distillation pour l'évaporation. Des résultats montrent aussi que la vitesse d'évaporation diminue et que le temps d'evaporation totale augmente avec un accroissement du contenu d'eau. Les gouttelettes initialement opaques deviennent plus claires pendant la vaporisation pour plusieursdes des 'emulsions considérées. On observe aussi la coalescence de la phase interne pour les émulsions eau-octane et eau-dodecane. Parmi les couples essayés, seul eau-heptane montre une caractéristique disruptive à la fin du mécanisme d'évaporation. Experimentelle Beobachtungen beim Filmsieden von in Kraftstoff emulgierten Wassertropfen auf einer horizontalen Fläche werden vorgestellt. Es wurden umfangreiche Messungen der zeitlichen Änderung des gleichwertigen Tropfendurchmessers von Wasser-Heptan- und Wasser-Dekan-Emulsionen bei Oberflächen-Temperaturen von 565, 620 und 680 K durchgeführt. Die Versuche erfolgten bei Atmosphärendruck und volumetrischen Anfangskonzentrationen des Wassers von 10, 20, 35 und 50%. Weitere qualitative Eigenschaften von Emulsionen von Wasser in Oktan, Nonan und Dodekan wurden beobachtet. Es wurde festgestellt, daß Wasser-Heptan- und Wasser-Dekan-Emulsionen eine vorzugsweise Verdampfung zeigten, derart, daß entweder das Wasser oder der Kohlenwasserstoff zuerst verdampfte (für Dekan-bzw. Heptan-Emulsionen). Dieses Ergebnis zeigte sich durch eine offensichtliche Unstetigkeit in der Entwicklung des gleichwertigen Tropfendurchmessers und wird auf der Basis eines einfachen Destillations-Grenzen-Modells für Verdampfung erklärt. Die Ergebnisse ziegen weiterhin, daß mit steigendem Wassergehalt die Tropfen-Verdampfungsgeschwindigkeit sinkt und die Gesamtverdampfungszeit zunimmt. Die anfänglich trüben Tropfen wurden bei einigen der untersuchten Emulsionen während der Verdampfung klar. Ebenso wurde das Zusammenwachsen der emulgiert Phase bei Wasser-Oktan- und Wasser-Dodekan-Emulsionen beobachtet. Von den untersuchten Emulsionen zeigten nur die Wasser-Heptan-Emulsionen Spaltungserscheinungen zum Ende des Verdampfungsprozesses. пpeдcтaвлeны peзyльтaты экcпepимeнтaльнoлo иccлeддoвaния xapaктepиcтик иcпapeния кaпeль вoδo-тoпливнoй эмyльин пpи плeнoчнoм кипeнии нa гopячeй гopизoнтaльнoй пoвepxнocти. Пoдpoбныe измepeния измeнeнй вo вpeмeни эквивaлeнтнoгo диaмeтpa кaпли эмyльcий вoды в дeкaнe и бoды в г eптaнe быи пpoвeдeны пpи тeмпepqтypqh пoвepxнocти 565, 620 и 680 ϰ. Экcпepимбты пpoвoдилиты пpoвoгилиcь пpи qтмocфeoнoм дqвлeнии; изyчaлиcь нaчaлзны oбьeмныe кoнцeнтpaции бoды в 10, 20, 35 и 50%-эмyльcияx. Для эмyльcии вoды в oктaнe, нoнaнe и дoдeкaнe нaблюдaлocь бoльщe кaчecтвeныx xapaктepиcтик. B эмyльcияx вoдa/дeптaн и вoдa/дeкaн избиpтeльнoe иcпapeниe, т.e либo бoдa, либo yглeбoдopoд иcпapялиcь б пepбyю oчepeдЯ (cooтвeтcтвeннo, для эмyльcий дeкaнa или гeптaнa). Этoт peзyльтaт был oбнapyжeн из-зa пpepыqvнnoнgo xapaктepa измeнeния эквибaлeнтнoгo диaмeтpa кaпли и oбьяcняeтcы нa пpocтoй пpeдwльнoй мoдeли пepeгoнки для иcпapeния. Peзyльтaты пoкaзывaют тaкжe, чтo cкopocть иcпapeниг кaпли yмeнгшaeтcя, и oбщee вpeмд иcпapeния кaпди вoзpacтaeт c yвeличeниem coдe epжaния вoды. Пpи иcпapeнии нeкoтopыч иccлeдyeмыч эмyьcий, нaблыocь oбecцвeчивaниe пepвo нaчaльнo нeпpoзpaчч цвeтныч кaпeль, a тaкжe cлияниe внyтpeннeй фaзы для эмyльcи й вioдa/oктaн, вoдa/ дoдeкaн. йз вceч нзyчeни тoлькo дляэмyльcии вoдa/чeптaн нe пoлyчeнa paзp ψвнaя чapaктepнcтикa в кoнцe пpoцecca нcпapeния.