Ushbu tadqiqot natriy gidrokarbonat (NaHCO₃), kalsiy xlorid (CaCl₂) va natriy xlorid (NaCl) eritmalaridan tashkil topgan taxminan 2,1 mm diametrli tomchilarning 100–400 °C haroratdagi mis sirtga urilishi vaqtida qanday yoyilishi, qaynashi, parchalanishi va kristall qoldiq hosil qilishini eksperimental tarzda o‘rgandi. Massa konsentratsiyasi 3–9%, Veber soni (We) 50–400 va urilish tezligi 1,28–3,67 m/s oralig‘ida o‘zgartirildi. Yuqori tezlikdagi videotasvirlarda pufakchali qaynash, orqaga sakrash (rebound), yarim sferik sachrash (hemispherical splashing), gorizontal sachrash (horizontal splashing), markaziy oqimcha (jet) hosil bo‘lishi va parchalanish (breakup) kabi oltita gidrodinamik qaynash rejimi aniqlandi. Eng muhim ilmiy xulosa shundaki, tuz kristallari urilish va bug‘lanish vaqtida vaqtinchalik g‘adir-budur strukturalar hosil qilib, tomchi-sirt kontaktini hamda bug‘ning chiqish yo‘llarini tubdan o‘zgartira oladi. Shunday bo‘lsa-da, tadqiqot preprint hisoblanadi; issiqlik oqimi to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘lchanmagan, gaz tarkibi tahlil qilinmagan va kristallarning kimyoviy fazasi faqat SEM tasvirlari bilan to‘liq tasdiqlanmagan.

Uchala eritmaning ayni bir sirt harorati va Veber sonida turlicha harakatlanishiga asosiy sabab kristall cho‘kish shakllari bilan gaz ajralib chiqish jarayonlarining turlichaligidir. NaHCO₃ qiziganda hosil bo‘ladigan CO₂ gazi tomchi ostidagi bug‘ qatlamini qalinlashtirishi yoki gaz juda ko‘p chiqqanda suyuqlik pardasini beqarorlashtirishi mumkin. Tadqiqotchilar o‘rtacha gaz ajralishi orqaga sakrashni yengillashtirishini, o‘ta kuchli gaz ajralishi esa sachrash va parchalanishni kuchaytirishini qayd etganlar.

Markaziy oqimcha (jet) hosil bo‘lishi uchala tuz eritmasida ham kuzatildi. Ushbu rejimda suyuqlik pardasi gorizontal yoyilayotganda tomchi markazidan yuqoriga qarab ingichka suyuqlik ustuni otilib chiqadi. Ilgari asosan mikro yoki nanostrukturali yuzalarda kuzatilgan bu xatti-harakatning silliq mis sirtda paydo bo‘lishi tadqiqotchilar tomonidan dinamik cho‘kayotgan kristallarning vaqtinchalik mikrorelyef hosil qilishi bilan tushuntirildi. Bu mexanizm mantiqiy xulosa bo‘lsa-da, tajriba vaqtida sirt g‘adir-budurligi lahzali o‘lchanmagan.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqotning asosiy savoli shundan iboratki, qizdirilgan sirtga urilayotgan sho‘r tomchining harakati faqat harorat va urilish energiyasi bilan belgilanadimi yoki bug‘lanish vaqtida sodir bo‘ladigan kristallanish hamda gaz ajralishi qaynash rejimini alohida o‘zgartiradimi?

Toza suyuqlik tomchisi issiq sirtga urilganda yoyilishi, qaynashi, bug‘ yostig‘i ustida ko‘tarilishi yoki mayda tomchilarga bo‘linib ketishi mumkin. Tuz eritmasida esa suv bug‘langani sari konsentratsiya oshadi va tuz kristallari cho‘ka boshlaydi. Ba’zi tuzlarda bunga kimyoviy parchalanish tufayli gaz ajralishi ham qo‘shiladi. Shu sababli suyuq, bug‘, kristall va gaz fazalari ayni vaqtda bir-biriga ta’sir ko‘rsatadi.

Tadqiqot xususan quyidagi savollarga javob izlagan:

• Turli tuz eritmalari ayni bir harorat va urilish sharoitlarida bir xil qaynash rejimiga o‘tadimi?
• Kristall cho‘kishi tomchi bilan mis sirt orasidagi kontaktni qanday o‘zgartiradi?
• NaHCO₃ dagi CO₂ ajralishi bug‘ qatlamiga, orqaga sakrashga va sachrash shiddatiga qanday ta’sir qiladi?
• Eritma konsentratsiyasi qaynash rejimlarining o‘tish chegaralarini qanday siljitadi?
• Tomchining maksimal yoyilishi va sirtni tark etish vaqti Veber soni, harorat va konsentratsiyaga qanday bog‘liq?

Tadqiqot nima uchun muhim?

Qizdirilgan sirtlarga tomchi urilishi purkab sovitish (spray cooling), metallarni toblash, termik tuzsizlantirish, energetika tizimlari, dvigatellarda yoqilg‘i purkash va yadro reaktorlarini avariya holatida sovitish kabi sohalarda uchraydi. Real tizimlardagi suyuqliklar odatda toza suv bo‘lmay, erigan tuzlar, qo‘shimchalar yoki gazlarni o‘z ichiga oladi.

Tuz kristallarining sirtda to‘planishi ikki xil oqibat berishi mumkin: kristallar yangi pufakcha hosil bo‘lish markazlarini yaratib qaynashni kuchaytirishi yoki sirtni qoplab qolib, zanglash va issiqlik o‘tishini yomonlashtiruvchi qatlam hosil qilishi mumkin. Tadqiqot uzoq muddatli ifloslanishni o‘lchamagan bo‘lsa-da, bitta tomchi miqyosida ushbu murakkab jarayonning boshlang‘ich mexanizmlarini ko‘rsatib beradi.

Adabiyotda qanday bo‘shliq maqsad qilingan?

Oldingi ishlar asosan NaCl eritmalariga yoki bitta tuzning muayyan konsentratsiyalariga qaratilgan edi. Turli kimyoviy tabiatdagi tuzlarning ayni stendda solishtirilishi hamda kristallanish bilan gaz ajralishi birga tahlil qilingan ishlar juda kam edi.

Ushbu tadqiqot uchta turli xususiyatli tuzni solishtirdi:

• NaHCO₃: Qiziganda CO₂ gazi ajratuvchi va kimyoviy o‘zgaruvchi tuz.
• CaCl₂: Gaz ajratmaydigan, zich tuz qatlami va o‘ziga xos kristall struktura hosil qiluvchi tuz.
• NaCl: Past haroratlarda yaqqol kubik kristallar hosil qiluvchi klassik tuz.

Tajriba stendi qanday tuzilgan?

Nishon sirt o‘lchami 20 × 20 mm bo‘lgan mis folgadan tayyorlangan (profilometr bilan o‘lchangan g‘adir-budurlik Ra = 0,234 µm). Mis sirt uchta isitish elementi bo‘lgan mis blok orqali qizdirilgan.

Mis blok PEEK korpus ichiga joylashtirilib, oraliq alyumosilikat tolasi bilan izolyatsiyalangan. Yuzadan 1 mm pastga K-tipi termopara o‘rnatilgan, sirt harorati kalibrlangan infraqizil kamera bilan ham nazorat qilingan.

Tomchilar mikroshpris bilan hosil qilingan (boshlang‘ich diametr d₀ = 2,1 ± 0,1 mm). Tomchi tushish balandligini o‘zgartirish orqali urilish tezligi boshqarilgan.

Har bir tomchi urilishidan so‘ng sirt tozalanib, oksidlanish ta’sirini yo‘qotish uchun mis yuzalar muntazam yangilanib turilgan.

Tasvirlar qanday qayd etildi?

Jarayon Photron SA-X2 yuqori tezlikdagi kamerasi bilan yozib olindi (105 mm makroobyektiv va orqa LED yoritgich bilan):

• Tasvir aniqligi: 1024 × 1024 piksel,
• Kadrlar tezligi: 10 000 kadr/soniya,
• Ekspozitsiya vaqti: 1/20 000 soniya,
• Fazoviy aniqlik: 0,0238 mm/piksel.

Veber soni nimani ifodalaydi?

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

• ρ: Suyuqlik zichligi, kg/m³,
• v: Tomchining urilish tezligi, m/s,
• L: Xarakterli uzunlik (tomchi diametri), m,
• σ: Sirt taranglik koeffitsiyenti, N/m.

Veber soni tomchini yoyishga va parchalashga intiluvchi inersiya kuchining uni birga tutib turuvchi sirt taranglik kuchiga nisbatidir.

Oltita qaynash rejimi qanday aniqlandi?

Kristallarning qaynash rejimiga ta’siri

Tuz kristallari sirtga cho‘kkanda vaqtinchalik mikrorelyef hosil qiladi. Bu kristallar suyuqlikning sirt bilan yer-yerda tutashib turishiga, bug‘ning chiqib ketish kanallarini ochishiga va yaxlit bug‘ pardasi shakllanishiga to‘sqinlik qilishi mumkin.

Markaziy oqimcha (jet) hosil bo‘lishi uchala tuzda ham kuzatildi. Silliq mis sirtda bunday rejimning yuzaga kelishi dinamik cho‘kayotgan kristallarning vaqtinchalik g‘adir-budurlik yaratishi bilan izohlangan.

Sirt haroratining ta’siri

Pufakchali qaynash asosan 140 °C dan pastda kuzatildi. Veber soni oshgani sari pufakchali qaynashning yuqori harorat chegarasi pasaydi. NaHCO₃ (We = 200) misolida:

• 120 °C: Uzluksiz kontakt va intensiv pufakchali qaynash.
• 140 °C: Maksimal yoyilishdan so‘ng kuchli qaynash boshlanib, 6 ms ichida tomchi parchalanib ketgan.
• 160 °C: Bug‘ va CO₂ chetlarni ko‘tarib, oraliq qaynash rejimiga o‘tgan.
• 300 °C: Parda qaynashiga yaqinlashgan, sachrash kamaygan.
• 340 °C va yuqori: Tomchi ostida barqaror bug‘/gaz qatlami hosil bo‘lib, tomchi yoyilib yuqoriga sakragan.

NaHCO₃ da CO₂ nima sababdan muhim?

NaHCO₃ qiziganda hosil bo‘luvchi CO₂ kondensatsiyalanmaydigan gaz bo‘lib, tomchi ostidagi gaz-bug‘ qatlamini qalinlashtiradi.

O‘rtacha gaz ajralishi:

• Sirt bilan to‘g‘ridan-to‘g‘ri kontaktni kamaytiradi,
• Orqaga sakrashni osonlashtiradi,
• Laydenfrost o‘xshash holatni pastroq energiyalarda yuzaga keltiradi.

O‘ta kuchli gaz ajralishi (9% konsentratsiyada) esa suyuqlik pardasini yorib yuborib, kuchli gorizontal va yarim sferik sachrashlarga sabab bo‘ladi.

Uchala tuzning rejimlar xaritasi

• Pufakchali qaynash: Uchtasida ham 140 °C dan pastda o‘xshash sohada.
• Orqaga sakrash: Asosan NaHCO₃ da kuzatilgan (CO₂ hisobiga). CaCl₂ va NaCl da kristallar sirtga yopishishni oshirib, sakrashni to‘sgan.
• Parchalanish: 160 °C atrofida va past We sonlarida uchtasida ham umumiy. Yuqori haroratdagi ikkinchi parchalanish faqat NaHCO₃ da ko‘ringan.
• Markaziy oqimcha: NaHCO₃ da harorat oshganda avval markaziy jet, so‘ng gorizontal sachrash bo‘lgan; NaCl da esa aksincha — avval gorizontal sachrash, yuqori haroratda markaziy jet kuzatilgan.

Konsentratsiyaning ta’siri

NaHCO₃ konsentratsiyasi 7% dan 3% ga tushganda orqaga sakrash uchun yuqoriroq harorat talab qilindi (kamroq CO₂ chiqqani uchun). CaCl₂ da konsentratsiya 3% ga tushganda markaziy jet zonasi keskin torayib ketdi (kristall markazlari kamaygani sababli).

SEM tahlili va kristall morfologiyasi

• NaHCO₃ (9%): 120 °C da shoxlangan dendritik va ignasimon kristallar; 160 °C da mayda parchalar; yuqori haroratlarda qatlamli-plastinkasimon tuzilish (Na₂CO₃ hosil bo‘lishi).
• CaCl₂: 120 °C da uzluksiz zich qatlam va ustunsimon kristallar; 160–260 °C da siyrak zarrachalar; 300 °C dan yuqorida bukilgan/qayrilgan tuz plastinkalari.
• NaCl: 120 °C da aniq kubik kristallar; 140 °C dan yuqorida tartibsiz mayda donachalar; 300 °C dan yuqorida sferik to‘plamlar.

Maksimal yoyilish faktori (β_max)

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

β_max Veber soni bilan muttasil oshdi, harorat bilan esa nochiziqli tebranishlar ko‘rsatdi. O‘rtacha yoyilish formulalari (β_max,avg = C·We^b·C_m^a):

• NaHCO₃ (160–400 °C): \( \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 1{,}3039\,We^{0{,}2828}C_m^{0{,}0921} \quad (R^2 = 0{,}9774) \)
• NaHCO₃ (110–140 °C): \( \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 0{,}8957\,We^{0{,}2868}C_m^{0{,}0261} \quad (R^2 = 0{,}9830) \)
• CaCl₂ (160–400 °C): \( \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 2{,}0715\,We^{0{,}1807}C_m^{0{,}0687} \quad (R^2 = 0{,}9709) \)
• CaCl₂ (110–140 °C): \( \beta_{\max,\mathrm{avg}} = 0{,}8034\,We^{0{,}2991}C_m^{0{,}0121} \quad (R^2 = 0{,}9897) \)

Tomchining sirtda qolish (ajralish) vaqti

We = 200 sharoitida 9% li NaHCO₃ tomchilari CaCl₂ ga nisbatan o‘rtacha 20,58%, NaCl ga nisbatan esa 20,03% uzoqroq sirtda qoldi. CO₂ gazi gaz-bug‘ qatlamini qalinlashtirib, issiqlik o‘tishini sekinlashtirgan va tomchining yashash vaqtini uzaytirgan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• Uch xil tuzni keng harorat (100–400 °C), We (50–400) va konsentratsiya (3–9%) oraliqlarida solishtirgan.
• 10 000 kadr/s tezlikdagi tasvirlar bilan rejimlar xaritasini tuzgan.
• Rejimlarni tajribadan keyingi SEM kristall suratlari bilan bog‘lagan.
• Yoyilish uchun yuqori R² li empirik formulalar taklif etgan.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprintdir.
• Issiqlik oqimi va gaz sarfi bevosita o‘lchanmagan.
• Kristallarning kimyoviy fazasi XRD bilan tekshirilmagan.
• 8-rasmda CaCl₂ va NaCl uchun ikkita «Rebound» yozuvi matnga zid keladi (matbaa xatosi).
• Matnda bir joyda Reynolds va Veber sonlari chalkashtirilgan.

Tadqiqot usuli va natijalari

Manba va metodologiya eslatmasi

Tadqiqotning asl nomi: Impact boiling dynamics of saline droplets: Effects of crystallization and gas release

Mualliflar: Chenyu Zhang; Yonghao Zhang; Yan Luo; Ke Chen; Tao Lu; Xue Chen.

Mas’ul mualliflar: Ke Chen (chenke@buct.edu.cn) va Xue Chen (xchen@buct.edu.cn).

Muassasa: Mexanika va elektrotexnika muhandisligi maktabi, Pekin kimyo texnologiyalari universiteti, Pekin, Xitoy.

DOI:10.2139/ssrn.6945143

Nashr platformasi: SSRN.

SSRN sanasi: 2026-yil 15-iyun.

Taqriz holati: Tadqiqot ilmiy taqrizdan o‘tmagan.

Moliyalashtirish: Xitoy milliy tabiiy fanlar jamg‘armasi (52076009 va 52176052) tomonidan qo‘llab-quvvatlangan.

Preprint ogohlantirishi: Xulosalar laboratoriya sharoitidagi bitta tomchi tajribalariga tegishli bo‘lib, sanoat miqyosidagi to‘liq kafolat sifatida qabul qilinmasligi lozim.