Utafiti huu umechunguza kwa majaribio jinsi matone yenye kipenyo cha takribani 2,1 mm yaliyoundwa na suluhisho za sodium bicarbonate (NaHCO₃), calcium chloride (CaCl₂) na sodium chloride (NaCl) yanavyoenea, kuchemka, kuvunjika na kuacha fuwele yanapogonga uso wa shaba wenye joto la 100–400 °C. Mkusanyiko kwa wingi ulibadilishwa kati ya asilimia 3–9, namba ya Weber kati ya 50–400 na kasi ya mgongano kati ya 1,28–3,67 m/s. Katika picha za kasi ya juu, hali sita za hidrodinamiki za kuchemka zilitambuliwa: kuchemka kwa viputo, kuruka nyuma, kunyunyiza kwa nusu-tufe, kunyunyiza kwa mlalo, kutokea kwa jeti ya katikati na kuvunjika. Ugunduzi muhimu zaidi ni kwamba fuwele za chumvi zinaweza kuunda miundo mibaya ya muda wakati wa mgongano na uvukizaji, na hivyo kubadilisha mgusano kati ya tone na uso pamoja na njia za kutokea kwa mvuke. Hata hivyo, utafiti huu ni preprint; mtiririko wa joto haukupimwa moja kwa moja, muundo wa gesi haukuchambuliwa, na awamu ya kikemia ya fuwele haikuthibitishwa kwa uhakika kwa kutumia picha za SEM pekee.

Sababu kuu ya suluhisho hizi tatu kuonyesha tabia tofauti katika joto lilelile la uso na namba ileile ya Weber ni kwamba namna ya kutua kwa fuwele na kutokea kwa gesi hutofautiana. CO₂ inayotokea NaHCO₃ inapopashwa joto inaweza kuongeza unene wa tabaka la mvuke chini ya tone, au ikiwa utoaji wake ni mwingi sana, inaweza kufanya filamu ya kimiminika kutokuwa thabiti. Watafiti waliripoti kwamba utoaji wa gesi wa kiwango cha kati hurahisisha kuruka nyuma, huku utoaji wa gesi wenye nguvu sana ukiongeza kunyunyiza na kuvunjika.

Kutokea kwa jeti ya katikati kulionekana katika suluhisho zote tatu za chumvi. Katika hali hii, filamu ya kimiminika huenea kwa mlalo huku safu nyembamba ya kimiminika ikiinuka kutoka katikati ya tone. Kuonekana kwa tabia hii kwenye uso tambarare wa shaba, ilhali hapo awali ilihusishwa zaidi na nyuso zenye miundo ya mikro au nano, kulielezwa na watafiti kwa kutua kwa fuwele kwa mienendo na kuunda miundo ya muda ya uso. Ingawa utaratibu huu ni tafsiri inayowezekana, ukwaru wa uso haukupimwa papo hapo wakati wa jaribio.

Swali kuu la utafiti ni lipi?

Swali kuu la utafiti ni kama mwendo wa tone la chumvi linalogonga uso uliopashwa joto huamuliwa tu na joto na nishati ya mgongano, au kama ukristalishaji na utoaji wa gesi wakati wa uvukizaji pia hubadilisha hali ya kuchemka kwa namna ya ziada.

Tone la kimiminika safi linapogonga uso wa moto linaweza kuenea, kuchemka juu ya uso, kuinuliwa juu ya tabaka la mvuke au kugawanyika kuwa matone madogo ya pili. Katika suluhisho la chumvi, maji yanapovukiza mkusanyiko wa suluhisho huongezeka na fuwele za chumvi huanza kutua. Kwa baadhi ya chumvi, hali hii huambatana pia na kutokea kwa gesi kutokana na mtengano wa kikemia. Kwa hiyo, awamu za kimiminika, mvuke, fuwele na gesi zinaweza kuathiriana ndani ya kipindi kilekile cha muda.

Utafiti ulilenga hasa kujibu maswali yafuatayo:

• Je, suluhisho tofauti za chumvi huingia katika hali ileile ya kuchemka chini ya joto na masharti sawa ya mgongano?
• Kutua kwa fuwele hubadilishaje mgusano kati ya tone na uso wa shaba?
• Utoaji wa CO₂ kutoka NaHCO₃ huathirije tabaka la mvuke, kuruka nyuma na ukali wa kunyunyiza?
• Mkusanyiko wa suluhisho hubadilishaje mipaka ya mpito kati ya hali za kuchemka?
• Kiwango cha juu cha kuenea kwa tone na muda wake wa kujitenga na uso vinahusianaje na namba ya Weber, joto na mkusanyiko?

Kwa nini utafiti huu ni muhimu?

Mgongano wa matone kwenye nyuso zilizopashwa joto hutokea katika michakato kama kupoza kwa kunyunyiza, kuzima joto la metali kwa maji, kuondoa chumvi kwa njia ya joto, mifumo ya nishati, udungaji wa mafuta katika injini na kupoza kwa dharura katika mifumo ya nyuklia. Vimiminika katika matumizi halisi mara nyingi si maji safi; huwa na chumvi zilizoyeyushwa, viungio au gesi.

Mkusanyiko wa fuwele za chumvi juu ya uso unaweza kuwa na matokeo mawili yanayokinzana. Fuwele zinaweza kuunda maeneo mapya ya kuanzisha viputo na kuimarisha kuchemka; lakini pia zinaweza kufunika uso na kuunda tabaka la kudumu la mabaki au tatizo la uendeshaji. Utafiti haukupima ufanisi wa kiwango cha mfumo, kutu au uchafuzi wa muda mrefu; lakini unaonyesha taratibu za awali za mwingiliano huu tata katika kiwango cha tone moja.

Ni pengo gani katika fasihi lililolengwa?

Majaribio ya awali yalilenga kwa kiasi kikubwa matone ya NaCl au mikusanyiko maalum ya suluhisho moja. Tafiti zinazolinganishwa chumvi tofauti katika miundombinu ileile ya majaribio na kuchunguza kwa pamoja ukristalishaji na utoaji wa gesi ni chache.

Utafiti huu ulilinganisha suluhisho tatu tofauti kikemia:

• NaHCO₃: Suluhisho linaloweza kutoa CO₂ na kuonyesha mabadiliko ya kikemia linapopashwa joto.
• CaCl₂: Suluhisho linalounda tabaka zito la chumvi na miundo tofauti ya kutua kwa fuwele badala ya kutoa gesi.
• NaCl: Suluhisho la kawaida la chumvi linaloweza kuunda fuwele za wazi za umbo la mchemraba katika joto la chini.

Mchango wa kipekee wa utafiti haukuwa tu kuainisha upya hali sita za kuchemka. Pia ulijaribu kuunganisha ramani za hali, picha za kasi ya juu na picha za SEM baada ya mgongano ili kueleza jinsi mabaki ya fuwele yanavyoweza kubadilisha mwingiliano wa baadaye wa kimiminika na yabisi.

Mpangilio wa majaribio uliundwaje?

Uso lengwa uliundwa kwa foil ya shaba yenye ukubwa wa 20 × 20 mm. Ukwaru wa uso uliopimwa kwa profilometer ulitolewa kama Ra = 0,234 µm. Uso wa shaba ulipashwa joto kwa kizuizi cha shaba chenye umbo la koni iliyokatwa na vijiti vitatu vya kupasha joto.

Kizuizi cha shaba kiliwekwa ndani ya mwili wa polyether ether ketone (PEEK), na nafasi kati yake ilijazwa nyuzi za aluminium silicate ili kupunguza upotevu wa joto. Joto la uso lilipimwa kwa thermocouple ya aina K iliyowekwa 1 mm chini ya uso; usambazaji wa joto juu ya uso na eneo linalouzunguka ulifuatiliwa kwa kamera ya joto ya infrared iliyokalibishwa.

Matone yaliundwa kwa micro-syringe na vipenyo vyao vya mwanzo vilitolewa kama:

\[ d_0 = 2,1 \pm 0,1\ \mathrm{mm} \]

Kasi ya mgongano ilidhibitiwa kwa kubadilisha urefu wa sindano kuhusiana na uso. Kwa kuwa msongamano wa suluhisho tofauti haukuwa sawa, kasi ya mgongano ilirekebishwa kwa kiasi kidogo kulingana na suluhisho ili kudumisha namba ya Weber iliyolengwa.

Baada ya kila mgongano, mabaki ya chumvi yaliondolewa kwenye uso, na nyuso zilisafishwa upya mara kwa mara ili kupunguza mabadiliko yanayoweza kusababishwa na uoksidishaji wa shaba. Hivyo, athari ya moja kwa moja ya muundo wa fuwele ulioachwa na tone lililotangulia kwenye jaribio linalofuata ilipunguzwa.

Picha zilirekodiwaje?

Mchakato wa mgongano na kuchemka ulirekodiwa kwa kamera ya kasi ya juu Photron SA-X2. Kamera ilitumika pamoja na lenzi ya macro yenye urefu wa fokasi 105 mm na mfumo wa taa ya nyuma ya LED.

Kurekodi kwa fremu elfu kumi kwa sekunde kuliwezesha kuenea, ukuaji wa viputo, kutupwa kwa matone madogo ya pili na kutokea kwa jeti ya katikati, ambavyo hutokea ndani ya milisekunde, kuchunguzwa katika fremu tofauti.

Namba ya Weber ina maana gani?

Katika utafiti, ukali wa mgongano wa tone ulifafanuliwa kwa namba ya Weber:

\[ We = \frac{\rho v^2 L}{\sigma} \]

• ρ: ni msongamano wa suluhisho; kitengo chake ni kg/m³.
• v: ni kasi ya tone kugonga uso; kitengo chake ni m/s.
• L: ni urefu bainifu; kitengo chake ni mita.
• σ: ni mvutano wa uso; kitengo chake ni N/m.

Namba ya Weber inawakilisha uwiano wa athari ya inertia inayotaka kulieneza na kulivunja tone dhidi ya mvutano wa uso unaolishikilia pamoja. Namba ya Weber inapoongezeka, tone hugonga uso kwa nguvu zaidi, huenea kwa kasi zaidi na kuunda eneo kubwa zaidi la mgusano wa kimiminika na yabisi.

Makala ilitumia alama L kwa urefu bainifu katika fomula, lakini haikutoa nomenclature tofauti inayofafanua alama hii. Ingawa katika tafiti za mgongano wa matone urefu bainifu mara nyingi huhusishwa na kipenyo cha mwanzo, hapa alama ya maandishi imehifadhiwa kama ilivyo.

Hali sita za kuchemka zilifafanuliwaje?

Fuwele zilibadilishaje hali ya kuchemka?

Fuwele za chumvi zinapotua juu ya uso hubadilisha topografia ya muda ya uso wa shaba. Waandishi walipendekeza kwamba fuwele hizi zinaweza kufanya kazi kwa namna inayofanana na vijinundu vya nyuso zenye miundo ya mikro au nano. Muundo kama huu unaweza kudumisha mgusano wa kimiminika na uso katika maeneo fulani, kuunda mifereji ya kutokea kwa mvuke na kuzuia maendeleo ya filamu thabiti ya mvuke.

Utaratibu huu ni muhimu hasa kwa kutokea kwa jeti ya katikati. Jeti ya katikati iliripotiwa hapo awali zaidi kwenye nyuso za moto zilizoundwa mahususi kwa kiwango cha mikro au nano, lakini katika majaribio haya ilionekana katika suluhisho zote tatu za chumvi. Waandishi walitafsiri hali hii kama ushahidi kwamba fuwele zinazotua kwa mienendo wakati wa kuchemka huunda miundo ya muda yenye ukwaru.

Hata hivyo, utafiti haukupima moja kwa moja topografia ya fuwele wakati tone lilikuwa bado juu ya uso. Picha za SEM ni za mabaki yaliyobaki baada ya mgongano na kukauka kukamilika. Kwa hiyo, maelezo ya “muundo wa muda wa mikro/nano” ni tafsiri ya kimakanika inayolingana na ramani za hali, fuwele zilizobaki na tafiti za awali, badala ya kipimo cha moja kwa moja cha uso chenye utatuzi wa muda.

Joto la uso lilibadilishaje hali?

Katika suluhisho zote tatu, kuchemka kwa viputo kwa ujumla kulionekana chini ya takribani 140 °C. Namba ya Weber ilipoongezeka, mpaka wa juu wa joto kwa kuchemka kwa viputo ulipungua. Mgongano wenye nguvu zaidi uliunda filamu ya kimiminika pana na nyembamba zaidi, hivyo uzalishaji wa mvuke na kutokuwa thabiti kwa filamu vilianza mapema zaidi.

Kwa matone ya NaHCO₃, picha chini ya hali ya We = 200 zinaonyesha kwa undani athari ya mabadiliko ya joto:

• 120 °C: Tone lilibaki katika mgusano wa kudumu na uso na kuonyesha kuchemka kwa viputo kwa nguvu. Chembe ndogo za fuwele zinazofanana na moshi na matone madogo ya pili zilionekana juu ya tone.
• 140 °C: Baada ya tone kufikia kuenea kwa juu zaidi, kuchemka kwa nguvu kulianza; kupasuka kwa viputo kulitupa matone ya pili na chembe za fuwele kwa mionzi. Ndani ya takribani 6 ms, shinikizo la mvuke lililokusanyika lililivunja tone.
• 160 °C: Mvuke na CO₂ viliinua ukingo wa kimiminika, vikaunda miundo inayofanana na vidole na mfumo ukakaribia kuchemka kwa mpito.
• 300 °C: Tone lilikaribia kuchemka kwa filamu, na idadi pamoja na kasi ya kutupwa kwa matone ya pili yaliyotengana na filamu ya kimiminika ilipungua.
• 340 °C na zaidi: Tabaka endelevu la mvuke liliundwa haraka kati ya tone na uso, atomization inayotokana na kuchemka ikapungua, na baada ya tone kuenea na kuvunjika liliruka kutoka kwenye uso.

Kwa nini CO₂ ni muhimu katika matone ya NaHCO₃?

CO₂ inayotokea NaHCO₃ inapopashwa joto huunda sehemu ya gesi isiyoganda, tofauti na mvuke wa maji. Kwa mujibu wa tafsiri ya waandishi, CO₂ ilichangia kufanya tabaka la gesi-mvuke chini ya tone kuwa nene zaidi na kudumu kwa muda mrefu zaidi.

Utoaji wa gesi wa kiwango cha kati:

• Ulipunguza mgusano wa moja kwa moja kati ya tone na uso wa moto.
• Ulirahisisha tone kuinuka na kuruka nyuma.
• Ulisaidia mto wa mvuke unaofanana na Leidenfrost kuunda katika nishati ndogo zaidi ya mgongano.

Utoaji wa gesi kupita kiasi, kwa upande mwingine, uliharibu filamu ya kimiminika badala ya kusaidia kuinuka kwa uthabiti. Katika mkusanyiko wa NaHCO₃ wa asilimia 9 ulio karibu na kujaa, uzalishaji mkubwa wa CO₂ ulifanya iwe vigumu kwa filamu kubaki kwa usawa juu ya uso na kuhimiza kunyunyiza kwa mlalo au nusu-tufe kwa ukali zaidi.

Utafiti haukupima moja kwa moja kiwango cha mtiririko wala muundo wa gesi iliyotoka. Utaratibu wa CO₂ ulitafsiriwa kwa kutegemea mabadiliko ya joto yanayojulikana ya NaHCO₃ na tabia za matone zilizoonekana.

Ramani za hali za suluhisho tatu za chumvi zilitofautianaje?

Kuchemka kwa viputo

Kuchemka kwa viputo kulionekana katika eneo linalofanana kwa suluhisho zote tatu, hasa chini ya takribani 140 °C. Namba ya Weber ilipoongezeka, eneo la kuchemka kwa viputo lilijibana kuelekea joto la chini.

Kuruka nyuma

Ramani za hali na maelezo katika maandishi zinaripoti kwamba chini ya masharti yaliyofanyiwa utafiti, kuruka nyuma kulionekana tu katika matone ya NaHCO₃. Tabia hii ilijitokeza katika namba ndogo ya Weber na joto la juu la uso, na ilihusishwa na mto mnene zaidi wa gesi-mvuke unaosaidiwa na CO₂.

Kwa CaCl₂ na NaCl, ilipendekezwa kwamba fuwele zinazobaki juu ya uso huongeza mgusano wa kimiminika-yabisi na kukandamiza kuruka nyuma.

Kuvunjika

Kwa suluhisho zote tatu, eneo la kawaida la kuvunjika lilionekana karibu na 160 °C na katika namba za Weber zilizo chini kiasi. Kuvunjika kulitokea wakati tone lilienea kiasi cha kutosha kuunda mgusano wenye nguvu, lakini filamu ya kimiminika haikuenea kiasi cha kutosha kubadilika kuwa kunyunyiza kwa ukali zaidi.

Katika hali za We = 300 na We = 400, hali tofauti ya kuvunjika haikuonekana. Katika nishati hizi kubwa za mgongano, filamu nyembamba ya kimiminika iliyoenea ilizalisha mvuke mwingi zaidi na mchakato ukaingia moja kwa moja katika hali za kunyunyiza kwa nguvu.

Eneo la pili la kuvunjika kwa joto la juu, lililotokea katika We = 100–200 na T_w > 300 °C, liliripotiwa kwa NaHCO₃ pekee. Chini ya masharti haya, baada ya tone kuingia katika kuchemka kwa filamu kunakosaidiwa na CO₂, liliinuka na kisha kuvunjika.

Kunyunyiza kwa nusu-tufe

Kunyunyiza kwa nusu-tufe kulionekana katika suluhisho zote tatu hasa katika namba kubwa za Weber na joto chini ya takribani 180 °C. Tone lilienea kwanza kwenye eneo pana, kisha kuchemka kwa nguvu katika filamu kukatupa matone ya pili katika nusu-nafasi nzima.

Kunyunyiza kwa mlalo na jeti ya katikati

Matone ya NaHCO₃ yaliweza kuonyesha kunyunyiza kwa mlalo hata katika nishati ndogo ya mgongano kama We = 50 kutokana na utoaji wa CO₂. Katika matone ya NaCl, tabia inayofanana ilihusishwa zaidi na kuanzishwa kwa viputo kutokana na fuwele katika joto la juu.

Joto lilipoongezeka, NaHCO₃ ilionyesha kwanza jeti ya katikati na kisha kunyunyiza kwa mlalo. Kwa NaCl, mlolongo wa mpito ulikuwa kinyume: kwanza kunyunyiza kwa mlalo, kisha jeti ya katikati katika joto la juu zaidi.

Waandishi walitafsiri tofauti hii hivi: viputo vya CO₂ vinavyojikusanya ndani ya NaHCO₃ vinaweza kuongeza shinikizo la katikati katika joto la chini kiasi. Kwa NaCl, ili jeti ya katikati itokee, lazima mvuke wa maji wenye nguvu ya kutosha uzalishwe kwa muda mfupi sana juu ya miundo ya fuwele, hivyo joto la juu zaidi linahitajika.

Namba ya Weber iliathirije ukali wa kuchemka?

Namba ya Weber ilipoongezeka, tone liligonga uso kwa inertia kubwa zaidi, likaenea kwa kasi zaidi na kuunda eneo kubwa zaidi la mgusano. Eneo kubwa la mgusano liliruhusu kimiminika zaidi kukaribia uso wa moto na kutoa mvuke kwa kasi zaidi.

Picha za kasi ya juu zilizochukuliwa katika T_w = 160 °C na mkusanyiko wa asilimia 9 zinaonyesha wazi kwamba idadi ya matone ya pili na upana wa kunyunyiza uliongezeka namba ya Weber ilipopanda kutoka 50 hadi 400. Katika Weber ndogo, viputo vya eneo na kuvunjika kwa kiwango kidogo vilitawala, huku katika Weber kubwa miundo mipana ya kunyunyiza kwa mlalo au nusu-tufe ilijitokeza.

Mkusanyiko wa suluhisho ulibadilishaje tabia ya NaHCO₃?

Mkusanyiko wa NaHCO₃ ulipopungua kutoka asilimia 7 hadi asilimia 3, katika namba ndogo za Weber joto lililohitajika kwa mpito kwenda kwenye kuruka nyuma liliongezeka. Katika mkusanyiko mdogo, CO₂ kidogo huzalishwa, hivyo ni vigumu zaidi kuunda tabaka la gesi-mvuke lenye unene wa kutosha chini ya tone.

Katika hali za We = 100 na We = 200, joto la mpito kwenda kwenye hali ya kuvunjika pia liliongezeka mkusanyiko ulipopungua. Kinyume chake, namba muhimu ya Weber kwa kutokea kwa jeti ya katikati ilipungua wakati mkusanyiko ulipungua. Waandishi walieleza hili kwa kusema kwamba tabaka dhaifu la gesi huongeza mgusano wa kimiminika-yabisi na kuchemka kwa eneo kunakotokana na fuwele kunaweza kuwa na ufanisi katika momentum ndogo zaidi ya mgongano.

Katika suluhisho la asilimia 9 lililo karibu na kujaa, utoaji wa gesi uliimarika kupita kiasi. Hali hii, badala ya kurahisisha kuruka nyuma kwa uthabiti, ilifanya filamu ya kimiminika kutokuwa thabiti na kusababisha kunyunyiza kwa nguvu kulikosogeza mpito wa Leidenfrost kuelekea joto la juu zaidi.

Mkusanyiko wa suluhisho ulibadilishaje tabia ya CaCl₂?

Mkusanyiko wa CaCl₂ ulipopungua, eneo la jeti ya katikati lilipungua kwa kiasi kikubwa. Hasa chini ya asilimia 5, jeti ya katikati ilionekana tu katika madirisha tofauti na membamba ya joto-Weber.

Kwa asilimia 3 CaCl₂, jeti ya katikati iliripotiwa tu katika hali:

• We = 400 na takribani 380 °C,
• We = 300 na takribani 220–240 °C

iliripotiwa chini ya masharti hayo.

Mkusanyiko ulipopungua, kiasi cha fuwele zilizotua juu ya uso na msongamano wa maeneo ya kuanzisha viputo yanayohusiana nazo vilipungua. Hivyo, kuchemka kwa mlipuko katika maeneo maalum na kutokea kwa jeti ya katikati kulikuwa vigumu zaidi.

Picha za SEM zilionyesha nini kuhusu fuwele za NaHCO₃?

Mabaki ya matone ya asilimia 9 NaHCO₃ yalionyesha mabadiliko makubwa ya mofolojia katika joto tofauti.

• 120 °C na kuchemka kwa viputo: Picha za SEM zilionyesha miundo ya dendriti yenye matawi na inayofanana na sindano. Waandishi walihusisha hali hii na uvukizaji wa haraka, supersaturation kubwa na ukuaji usio thabiti wa fuwele unaozuiliwa na diffusion.
• 160 °C na kunyunyiza kwa nguvu: Kwa kuwa muda wa mgusano wa kimiminika-yabisi ulipungua, maendeleo ya fuwele zenye matawi yaliyopangwa yalizuiliwa.
• Joto la juu zaidi: Mabaki yalibadilika kuwa miundo ya tabaka na sahani. Miundo hii inaashiria kutua kwa ghafla na kukauka kwa haraka zaidi kuliko ukuaji wa kawaida wa muda mrefu.

Waandishi walisema kuwa fuwele hizi zilihusishwa kwa kiasi kikubwa na Na₂CO₃ inayotokea baada ya mabadiliko ya joto ya NaHCO₃. Hata hivyo, hakuna matokeo ya X-ray diffraction, energy-dispersive spectroscopy au uchambuzi mwingine wa awamu uliotolewa. Kwa hiyo, utambulisho wa awamu ya kikemia unategemea mofolojia ya SEM na utaratibu wa mabadiliko unaotarajiwa.

Picha za SEM zilionyesha nini kuhusu fuwele za CaCl₂?

• 120 °C: Tabaka endelevu na lenye msongamano kiasi la chumvi lililofunika uso pamoja na idadi ndogo ya miundo ya fuwele ya nguzo lilionekana.
• 160–260 °C: Kuchemka kwa nguvu na mgusano wa uso wa vipindi kulizuia uundaji wa tabaka nene. Muundo wa uso wa shaba ulionekana na mabaki yakabaki kama chembe chache za fuwele.
• Zaidi ya 300 °C: Tabaka za chumvi zilizopinda au kujikunja zilionekana, na idadi ya chembe binafsi za fuwele ilipungua.

Kujikunja katika joto la juu kulihusishwa na kukauka kwa haraka, kutua kusiko sawa na mikazo ya joto. Kupungua kwa vijinundu vya fuwele kulitafsiriwa kuwa kunalingana na kudhoofika kwa jeti ya katikati katika baadhi ya hali za joto la juu na mkusanyiko mdogo.

Picha za SEM zilionyesha nini kuhusu fuwele za NaCl?

• Hali za kuchemka kwa viputo: Fuwele zilizo wazi za umbo la mchemraba na mikusanyiko yao iliyopangwa zilionekana.
• Zaidi ya 140 °C: Muda wa mgusano kati ya tone na uso ulipungua; badala ya ukuaji wa mchemraba uliopangwa, mabaki yasiyo ya kawaida na machache yalijitokeza.
• Zaidi ya 300 °C: Fuwele zilibadilika zaidi kuwa chembe za duara au makundi yaliyokusanyika.

Mabadiliko haya yalielezwa kwa kutua kwa fuwele kama viini vidogo na kujikusanya katika hali za kukauka kwa haraka sana, badala ya kukua kwa kuunda nyuso zenye usawa.

Ni kutokubaliana gani kwa ndani kunakoonekana katika picha za SEM?

Maandishi na ramani za hali za utafiti zinasema wazi kwamba kuruka nyuma kulionekana tu katika matone ya NaHCO₃. Hata hivyo, katika Kielelezo 8 kinachoonyesha fuwele zilizobaki:

• picha ya 160 °C ya CaCl₂ imeandikwa “Rebound”,
• picha ya 140 °C ya NaCl imeandikwa “Rebound”

Lebo hizi zinakinzana na uainishaji wa hali katika maandishi. Inawezekana picha zimewekewa lebo kimakosa au maelezo ya hali yana upungufu; hata hivyo, utafiti hauelezi mgongano huu. Kwa hiyo, majina ya hali ya picha hizi mbili za SEM hayapaswi kukubaliwa kwa uhakika bila uthibitisho wa waandishi.

Kigezo cha juu cha kuenea kilihesabiwaje?

Kipenyo kikubwa zaidi cha tone juu ya uso kilifafanuliwa kama d_s,max, na kipenyo cha mwanzo kama d₀. Kigezo kisicho na kipimo cha kuenea kwa kiwango cha juu kilihesabiwa kwa:

\[ \beta_{\max} = \frac{d_{s,\max}}{d_0} \]

Kwa mfano, β_max = 5 ina maana kwamba kipenyo cha juu cha tone kilifikia mara tano ya kipenyo chake cha mwanzo.

Kigezo cha juu cha kuenea kwa ujumla kiliongezeka pamoja na namba ya Weber. Uhusiano wake na joto la uso haukuwa wa mstari; ulionyesha mabadiliko makubwa kutokana na mipito kati ya hali tofauti za kuchemka. Mabadiliko ya wazi yalionekana karibu na 160 °C wakati mfumo ulipokuwa ukibadilika kutoka kuchemka kwa nuklia kwenda kuchemka kwa mpito.

Thamani ndogo zaidi za kuenea zilionekana katika joto la chini na namba ndogo ya Weber. Thamani kubwa zaidi kwa kawaida zilitokea katika namba kubwa za Weber na joto la 200–280 °C. Kwa NaHCO₃, kuonekana tena kwa kuenea kidogo katika joto la juu na Weber ndogo kulihusishwa na tabaka la mvuke linalosaidiwa na CO₂ pamoja na kuruka nyuma.

Mahusiano ya wastani ya kuenea kwa kiwango cha juu

Utafiti ulitumia sheria ya jumla ya nguvu ili kuhusisha kigezo cha wastani cha kuenea kwa kiwango cha juu na namba ya Weber pamoja na mkusanyiko kwa wingi:

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = C\,We^b C_m^a \]

• β_max,avg: ni kigezo cha wastani cha kuenea kwa kiwango cha juu katika masafa fulani ya joto.
• We: ni namba ya Weber.
• C_m: ni mkusanyiko kwa wingi wa suluhisho.
• C, a na b: ni vigawo vya ulinganishaji vilivyopatikana kutoka data ya majaribio.

Kwa kuwa kuchemka kwa viputo na hali za kunyunyiza ni tofauti kimofolojia, mahusiano tofauti yaliundwa kwa masafa mawili ya joto.

Kwa NaHCO₃ katika masafa ya 160–400 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 1{,}3039\,We^{0{,}2828}C_m^{0{,}0921}, \qquad R^2 = 0{,}9774 \]

Kwa NaHCO₃ katika masafa ya 110–140 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 0{,}8957\,We^{0{,}2868}C_m^{0{,}0261}, \qquad R^2 = 0{,}9830 \]

Kwa CaCl₂ katika masafa ya 160–400 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 2{,}0715\,We^{0{,}1807}C_m^{0{,}0687}, \qquad R^2 = 0{,}9709 \]

Kwa CaCl₂ katika masafa ya 110–140 °C

\[ \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 0{,}8034\,We^{0{,}2991}C_m^{0{,}0121}, \qquad R^2 = 0{,}9897 \]

Thamani zote za R² kuwa juu ya 0,97 zinaonyesha kwamba mahusiano haya yanawakilisha vizuri mielekeo ya wastani ya kuenea katika pointi za majaribio zilizotumika. Hii haimaanishi kwamba mahusiano yanaweza kutumika moja kwa moja kwa vipenyo tofauti vya matone, nyenzo tofauti za uso au joto nje ya masafa ya majaribio.

Kiashiria cha mkusanyiko katika mahusiano kuwa kidogo kuliko kiashiria cha namba ya Weber kinaonyesha kwamba ndani ya masafa yaliyofanyiwa utafiti, inertia ya mgongano ilikuwa na athari kubwa zaidi kwenye kuenea kuliko mkusanyiko. Hata hivyo, mkusanyiko uliathiri kwa nguvu aina ya hali ya kuchemka na mipaka yake ya mpito.

Muda wa tone kujitenga na uso

Utafiti uliwakilisha muda wa tone kujitenga na uso chini ya hali ya We = 200 kwa τ_d. Matone ya asilimia 9 NaHCO₃ yalionyesha muda mrefu zaidi wa kujitenga kuliko matone ya CaCl₂ na NaCl katika masafa yote ya joto yaliyofanyiwa utafiti.

Waandishi walisema kwamba tabaka la gesi-mvuke lenye CO₂ nyingi hudhoofisha mgusano kati ya tone na uso, hupunguza kasi ya uhamishaji wa joto na husababisha tone kubaki juu ya uso kwa muda mrefu zaidi. Fuwele za CaCl₂ na NaCl zinaweza kuwa zimeimarisha mgusano wa kimiminika-yabisi wa eneo na kutokea kwa viputo, na hivyo kuchangia tone kuondoka haraka zaidi.

Katika jaribio hili, mtiririko wa joto au mgawo wa uhamishaji wa joto haukupimwa moja kwa moja. Kwa hiyo, kuongezeka kwa muda wa kujitenga hakuwezi kubadilishwa peke yake kuwa asilimia maalum ya uhamishaji wa joto.

Kutokubaliana kwa Reynolds-Weber katika maandishi

Katika sentensi moja inayoeleza utaratibu wa kuvunjika, maneno “joto la juu la ukuta na namba ndogo ya Reynolds” pamoja na “joto la chini na namba kubwa ya Reynolds” yametumika. Hata hivyo, muundo wa majaribio, ramani zote za hali na michoro husika zimepangwa kulingana na namba ya Weber; namba ya Reynolds haijatolewa miongoni mwa vigezo vya utafiti.

Kwa hiyo, inawezekana kwamba “Weber” ilikusudiwa badala ya “Reynolds” katika sentensi hiyo. Kwa kuwa hakuna uthibitisho wa mwandishi, makala haibadilishi usemi huo kimya kimya na inauweka kama kutokubaliana kwa maandishi.

Nguvu za utafiti ni zipi?

• Kulinganisha suluhisho tatu tofauti za chumvi katika mfumo uleule wa majaribio na chini ya masharti yanayofanana ya mgongano.
• Kuchunguza masafa mapana ya joto la uso ya 100–400 °C.
• Kubadilisha kwa utaratibu namba ya Weber kati ya 50–400 na mkusanyiko kati ya asilimia 3–9.
• Kurudia kila hali ya jaribio angalau mara tano.
• Kufuatilia mipito ya hali katika kiwango cha milisekunde kwa picha za 10.000 fremu/sekunde.
• Kuunganisha ramani za hali za kuchemka na mofolojia za SEM baada ya mgongano.
• Kupendekeza mahusiano ya majaribio ya kuenea kwa kiwango cha juu yenye thamani kubwa za R².
• Kutathmini kwa pamoja athari zinazokinzana za utoaji wa gesi na kutua kwa fuwele katika NaHCO₃.

Mapungufu ya utafiti ni yapi?

• Utafiti ni preprint ambayo haijapitia uhakiki wa wenzao.
• Kipenyo kimoja tu cha tone na ukwaru mmoja tu wa mwanzo wa uso vilitumika.
• Majaribio yalifanywa kwenye uso wa shaba wa kiwango cha maabara.
• Mtiririko wa joto, mgawo wa uhamishaji wa joto au nishati ya kupoza uso havikupimwa moja kwa moja.
• Kiasi cha CO₂, kiwango cha mtiririko wa gesi au muundo wa gesi havikuchambuliwa moja kwa moja.
• Fuwele zilipigwa picha kwa SEM; lakini hakuna matokeo ya XRD au EDS yaliyotolewa kwa uthibitisho wa awamu ya kikemia.
• Ukwaru wa nyuso za muda za fuwele haukupimwa moja kwa moja wakati tone lilikuwa bado juu ya uso.
• Mbinu ya kihisabati ya uainishaji au ukosefu wa uhakika uliotumika kuchora mipaka ya hali haikuelezwa kwa undani.
• Kigezo cha mwanzo na mwisho cha muda wa kujitenga hakikufafanuliwa kwa undani.
• Athari ya mkusanyiko kwenye muda wa kujitenga ilitathminiwa kwa idadi ndogo ya ulinganisho.
• Lebo mbili za “Rebound” katika Kielelezo 8 zinakinzana na maelezo ya hali katika maandishi.
• Kuna kutokubaliana kwa istilahi kati ya namba za Reynolds na Weber katika sentensi moja.
• Picha za ziada zilizotajwa katika maandishi hazipo katika faili ya kurasa 18 iliyopakiwa na hazikuweza kuchunguzwa.
• Mkusanyiko wa fuwele wa muda mrefu, kutu, uharibifu wa uso au athari za matone mengi havikutathminiwa.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Aina ya chumvi hubadilisha kwa kiasi kikubwa ramani ya joto-Weber ya hali ya kuchemka ya tone.
• Kutua kwa fuwele kunaweza kubadilisha mgusano wa tone-uso na njia za kutokea kwa mvuke wakati wa kuchemka.
• Jeti ya katikati ilionekana katika suluhisho zote tatu za chumvi.
• Utoaji wa gesi unaotokana na NaHCO₃ una jukumu muhimu katika kuruka nyuma, uthabiti wa filamu na ukali wa kunyunyiza.
• Mkusanyiko wa NaHCO₃ na CaCl₂ hubadilisha mipaka ya mpito ya hali za kuchemka.
• Mofolojia ya mabaki ya fuwele hubadilika kulingana na aina ya chumvi na joto la uso.
• Kigezo cha juu cha kuenea kwa ujumla huongezeka pamoja na namba ya Weber.
• Matone ya asilimia 9 NaHCO₃ yalionyesha muda mrefu zaidi wa kujitenga kuliko matone yaliyolinganishwa ya asilimia 9 CaCl₂ na NaCl.

Matokeo ambayo utafiti hauyathibitishi

• Haithibitishi kwamba suluhisho fulani la chumvi litatoa ufanisi wa juu zaidi wa kupoza katika mifumo yote ya kupoza kwa kunyunyiza.
• Haionyeshi kwamba mabaki ya fuwele yana manufaa au hayana madhara kwa muda mrefu.
• Haitoi uhusiano wa kiasi wa kiwango cha mtiririko wa gesi kati ya kiasi cha CO₂ na mipito ya hali.
• Haionyeshi kwamba mahusiano yaliyopendekezwa ya kuenea ni halali kwa nyuso tofauti, vipenyo tofauti vya matone na hali tofauti za shinikizo.
• Haithibitishi moja kwa moja muundo wa kikemia wa miundo katika picha za SEM.
• Haithibitishi kwa uhakika kwamba utaratibu wa jeti ya katikati unatokana tu na ukwaru wa fuwele.
• Haionyeshi mafanikio ya matone mengi, kunyunyiza endelevu au matumizi ya kiwango cha viwanda katika mazingira halisi.
• Haitoi ushahidi wa ongezeko maalum la asilimia katika uhamishaji wa joto au kuokoa nishati.

Ina maana gani kwa matumizi?

Matokeo ya utafiti yanaonyesha kwamba katika mifumo ya kupoza kwa kunyunyiza, uvukizaji na kuondoa chumvi kwa joto inayofanya kazi na vimiminika vya chumvi, haitoshi kuangalia tu kiwango cha kuchemka cha kimiminika. Namna chumvi inavyokristalika, kama inazalisha gesi au la, na muundo wa muda inaouacha juu ya uso vinaweza kubadilisha mgusano wa tone na uso wa moto.

Mfano wa NaHCO₃ unaonyesha kwamba utoaji wa gesi hauleti athari ya mwelekeo mmoja kila wakati. Mto wa gesi wa kiwango cha kati unaweza kuinua tone kutoka kwenye uso, huku utoaji wa gesi kupita kiasi unaweza kuvunja filamu na kuongeza kunyunyiza. Vivyo hivyo, mkusanyiko wa fuwele unaweza kuimarisha kuanzishwa kwa viputo; lakini katika mifumo halisi, athari hasi kama uchafuzi na kufunikwa kwa uso zinapaswa pia kutathminiwa kando.

Matokeo yanatoa vidokezo vya kimakanika kwa usanifu; lakini si kichocheo cha moja kwa moja cha uboreshaji wa viwanda. Vipimo vya mtiririko wa joto, majaribio ya matone mengi, tabia ya mabaki kwa muda mrefu na uthibitishaji kwa nyenzo tofauti za uso vinahitajika.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa kiufundi wa matokeo makuu

1. Tabia za matone ya chumvi ziligawanywa katika hali sita: kuchemka kwa viputo, kuruka nyuma, kuvunjika, kunyunyiza kwa nusu-tufe, kunyunyiza kwa mlalo na jeti ya katikati.
2. Kuchemka kwa viputo kulionekana katika suluhisho zote tatu hasa chini ya takribani 140 °C.
3. Kulingana na uainishaji wa maandishi, kuruka nyuma kulionekana tu katika matone ya NaHCO₃.
4. Katika suluhisho zote tatu, eneo la kawaida la kuvunjika lilipatikana katika namba ndogo ya Weber na karibu na 160 °C.
5. Kwa NaHCO₃, eneo la pili la kuvunjika kwa joto la juu lilibainishwa katika We = 100–200 na T_w > 300 °C.
6. Kunyunyiza kwa nusu-tufe kwa ujumla kulitokea katika namba kubwa za Weber na joto chini ya takribani 180 °C.
7. Jeti ya katikati ilionekana katika suluhisho zote tatu za chumvi na ilihusishwa na miundo ya muda ya uso inayotokana na fuwele.
8. Kwa NaHCO₃, utoaji wa CO₂ wa kiwango cha kati uliunga mkono kuruka nyuma, huku utoaji wa gesi kupita kiasi ukiunga mkono kunyunyiza.
9. Mkusanyiko wa CaCl₂ ulipopungua hadi asilimia 3, jeti ya katikati ilibaki tu katika madirisha membamba ya joto-Weber.
10. Mabaki ya NaHCO₃ yalibadilika kati ya miundo ya dendriti, sindano na tabaka; mabaki ya NaCl kati ya mchemraba, yasiyo ya kawaida na makundi ya duara; na mabaki ya CaCl₂ kati ya tabaka zito, chembe chache na tabaka zilizopinda.
11. Kigezo cha juu cha kuenea kwa ujumla kiliongezeka pamoja na namba ya Weber na kuonyesha mabadiliko makali karibu na mpito wa hali wa 160 °C.
12. Muda wa kujitenga wa matone ya asilimia 9 NaHCO₃ ulikuwa kwa wastani asilimia 20,58 mrefu kuliko asilimia 9 CaCl₂ na asilimia 20,03 mrefu kuliko asilimia 9 NaCl.

Maonyo ya kimetodolojia na kuripoti

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: Impact boiling dynamics of saline droplets: Effects of crystallization and gas release

Mpangilio kamili wa waandishi katika PDF: Chenyu Zhang; Yonghao Zhang; Yan Luo; Ke Chen; Tao Lu; Xue Chen.

Mwandishi mwenza wa kwanza au mchango sawa: PDF haijabainisha uandishi mwenza wa kwanza au mchango sawa.

Waandishi wa mawasiliano: Ke Chen na Xue Chen.

Barua pepe za waandishi wa mawasiliano: chenke@buct.edu.cn na xchen@buct.edu.cn.

Taasisi: School of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China.

DOI:10.2139/ssrn.6945143. DOI hii ni ya rekodi ya preprint ya SSRN.

Jukwaa la uchapishaji: SSRN.

Kiungo rasmi cha utafiti:https://ssrn.com/abstract=6945143

Mwaka wa uchapishaji: 2026.

Tarehe ya rekodi ya SSRN: 15 Juni 2026.

Jarida: Toleo la mwisho lililochapishwa katika jarida lililopitiwa na wenzao halikuweza kuthibitishwa wakati wa mapitio haya.

Mchapishaji asili: Taarifa ya jarida au mchapishaji asili aliyepitiwa na wenzao haikuweza kuthibitishwa kupitia toleo hili la preprint.

Aina ya chanzo: Preprint ya utafiti wa majaribio.

Hali ya uhakiki wa wenzao: Utafiti huu ni preprint na haujapitia uhakiki wa wenzao. Kurasa za PDF zina onyo “This preprint research paper has not been peer reviewed”.

Michango ya waandishi: Chenyu Zhang alichangia uandishi wa rasimu ya asili, majaribio na upangaji wa data; Yonghao Zhang majaribio; Yan Luo mbinu; Ke Chen mbinu; Tao Lu ushauri; Xue Chen mapitio na uhariri, ushauri, mbinu na uundaji wa dhana.

Ufadhili: Utafiti uliungwa mkono na National Natural Science Foundation of China kupitia miradi namba 52076009 na 52176052.

Mgongano wa maslahi: Waandishi walitangaza kwamba hakuna maslahi ya kifedha yanayojulikana au mahusiano ya kibinafsi yanayoweza kuathiri utafiti.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba data itatolewa kwa ombi.

Mbinu ya kuandaa maudhui: Makala hii ya kisayansi ya Kituruki iliandaliwa kwa kuchunguza maandishi ya PDF ya kurasa 18 iliyopakiwa, vigezo vya majaribio, fomula, ramani za hali, mfululizo wa kamera ya kasi ya juu, picha za SEM na matokeo. Hakuna matokeo ya kisayansi ambayo hayapo kwenye PDF yaliyoongezwa. Uthibitishaji wa nje ulitumiwa tu kwa taarifa za utambulisho wa chanzo kama mpangilio wa waandishi, DOI, rekodi ya SSRN na tarehe ya uchapishaji.

Mapungufu makuu: Kutokuwepo kwa uhakiki wa wenzao; kufanya majaribio ya tone moja pekee na uso wa shaba; kutopima moja kwa moja mtiririko wa joto na kiwango cha mtiririko wa gesi; kutothibitisha kemia ya fuwele kwa uchambuzi wa awamu; kutokuchunguza matone mengi na tabia ya muda mrefu ya mabaki; kutokubaliana kwa ndani katika lebo mbili za kielelezo na usemi mmoja wa namba isiyo na kipimo; kutokuwepo kwa faili za ziada katika PDF iliyopakiwa.

Utafiti huu ni preprint ambayo haijapitia uhakiki wa wenzao. Matokeo yamewekewa mipaka na majaribio ya tone moja chini ya mazingira ya maabara yaliyodhibitiwa na hayapaswi kutafsiriwa moja kwa moja kama dhamana ya mafanikio ya kupoza viwandani au uhamishaji wa joto.