Proces usuwania rozproszonych zanieczyszczeń ciekłych z paliw i wody z wykorzystaniem wysokosprawnych włókninowych struktur koalescencyjnych

Przedmiotem badań, których wyniki przedstawiono w pracy, jest proces rozdzielania zdyspergowanych układów dwufazowych typu olej w wodzie (O/W) i woda w oleju (W/O) realizowany z wykorzystaniem wysokosprawnych struktur koalescencyjnych. Szczególny nacisk położono na usuwanie zemulgowanej wody z oleju napędowego, co stanowiło główny nurt badawczy i doprowadziło do opracowania nowatorskiego rozwiązania dwustopniowego kompaktowego filtra do montażu w pojazdach wyposażonych w silniki wysokoprężne. W pierwszym rozdziale pracy dokonano przeglądu metod separacji układów ciecz-ciecz, z naciskiem na urządzenia wyposażone w elementy koalescencyjne do rozdzielania stabilnych emulsji. Wskazano powszechnie obserwowane trudności oraz przedyskutowano znaczenie najistotniejszych parametrów, mających bezpośredni wpływ na ograniczenie skuteczności pracy struktur koalescencyjnych. Wykonano studium literaturowe dotyczące mechanizmu koalescencji rozproszonych kropel unoszonych w przepływie i związanych z nim modeli efektywności ich łączenia się. Następnie zestawiono i przedyskutowano różnorodne zależności opisujące skuteczność wychwytywania i koalescencji kropel dyspersji przepływającej przez złoże porowate. Sformułowano nowy model pozwalający na opis zjawisk depozycji i ociekania dużych kropel po koalescencji dla pojedynczej komórki obliczeniowej, który uwzględnia zarówno wpływ zwilżalności włókien i związanego z tym nasycenia struktury na skuteczność separacji, jak i umożliwia oszacowanie rozmiarów kropel i mechanizmów prowadzących do ich odłączania na wylocie. W części eksperymentalnej przeprowadzono w szerokim zakresie prace doświadczalne separacji dyspersji ciecz-ciecz z wykorzystaniem struktur polimerowych, celulozowych i włókien szklanych, w ramach których zweryfikowano tendencje podawane w literaturze przedmiotu oraz sformułowano wnioski, których część okazała się przeciwstawna doniesieniom literaturowym. Dla wyników odbiegających od ustalonych opinii nt. koalescencji kropel w strukturach włókninowych przedstawiono interpretację domniemanych mechanizmów mających wpływ na przebieg procesu. W ramach prac laboratoryjnych wykonano szereg modyfikacji badanych struktur koalescencyjnych w celu poprawy ich skuteczności. Badania separacji emulsji przeprowadzono w samodzielnie zaprojektowanej instalacji testowej, której uniwersalny charakter umożliwia badania separacji dyspersji wody w oleju i odwrotnej, a także prowadzenie eksperymentów w szerokim zakresie parametrów operacyjnych i dla różnej geometrii warstw włókninowych. Zwieńczeniem realizowanych badań doświadczalnych, wspartych teoretyczną analizą zjawisk i ich numerycznym opisem, jest zgłoszenie patentowe oraz praktyczne zastosowania opracowanych rozwiązań, których szczegóły przedstawiono w ostatnim rozdziale pracy.