Droplet Evaporation Characteristics of Diesel and Biodiesel Blends on Hot Surface
यह अध्ययन गर्म स्टेनलेस स्टील और एल्युमीनियम की सतहों पर डीजल और तीन बायोडीजल मिश्रणों (सूरजमुखी, मक्का और पाम) के वाष्पीकरण विशेषताओं की प्रयोगात्मक जांच करता है, जो यह प्रकट करता है कि बायोडीसेल आमतौर पर अपने उच्च क्वथनांक और श्यानता के कारण डीजल की तुलना में लंबे वाष्पीकरण समय प्रदर्शित करते हैं और उच्च तापमान पर लीडेनफ्रॉस्ट शासन (Leidenfrost regime) तक पहुँचते हैं, जबकि साथ ही यह भी प्रदर्शित करते हैं कि अधिक सुचालक एल्युमीनियम सतहों पर और छोटे बूंदों के आकार के साथ वाष्पीकरण तेज़ होता है।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ आपकी कार का ईंधन केवल जमीन की गहराइयों से निकाला गया एक काला, बदबूदार तरल नहीं है, बल्कि पौधों के बीजों या यहाँ तक कि जानवरों की चर्बी से बनी कोई चीज़ है। यह नवीकरणीय ऊर्जा का रोमांचक क्षेत्र है, जहाँ वैज्ञानिक हमारे वातावरण को साफ करने और जलवायु परिवर्तन को धीमा करने में मदद करने के लिए पुराने ज़माने के डीजल को "बायोडीजल" से बदलने की कोशिश कर रहे हैं। लेकिन इससे पहले कि हम इन नए ईंधनों को अपने इंजनों में डाल सकें, हमें यह ठीक से समझना होगा कि गर्म होने पर वे वास्तव में कैसा व्यवहार करते हैं। एक जलती हुई गर्म कड़ाही पर ईंधन की एक बूंद गिरने की कल्पना करें। क्या यह चिलचिलाती आवाज़ के साथ तुरंत गायब हो जाती है? क्या यह अपनी ही भाप के कुशन पर नाचती है? या क्या यह वहीं टिकी रहती है, गायब होने से इनकार करते हुए? यह 'ड्रॉपलेट इवैपोरेशन' (बूंद के वाष्पीकरण) का विज्ञान है। यह एक गर्म तवे पर पानी की बूंद गिरने को देखने जैसा है, लेकिन बहुत अधिक जटिल रसायन विज्ञान के साथ। एक नन्ही बूंद और एक गर्म सतह के बीच के इस नृत्य को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह इंजीनियरों को यह बताता है कि वे बेहतर इंजन कैसे डिज़ाइन करें जो ईंधन को कुशलतापूर्वक जला सकें और प्रदूषण का कम से कम उत्सर्जन करें।
अब, आइए एक विशिष्ट प्रयोग पर ध्यान केंद्रित करें जहाँ शोधकर्ताओं ने आग के साथ खेला—वैसे तो, गर्म धातु की प्लेटों के साथ। जॉर्डन के वैज्ञानिकों की एक टीम ने यह देखने का निर्णय लिया कि नियमित डीजल की तुलना में विभिन्न प्रकार के बायोडीजल एक अत्यंत गर्म सतह पर गिरने पर कैसा व्यवहार करते हैं। उन्होंने केवल एक प्रकार के वनस्पति तेल का उपयोग नहीं किया; उन्होंने तीन प्रकारों का परीक्षण किया: सूरजमुखी, मक्का और पाम (ताड़) का तेल। उन्होंने दो अलग-अलग प्रकार की धातु की प्लेटों का भी उपयोग किया: एक स्टेनलेस स्टील की बनी हुई और दूसरी एल्युमीनियम की। उन्होंने 100 से 500 माइक्रोमीटर आकार की (जो कि एक मानव बाल की चौड़ाई के बराबर है) छोटी बूंदें उन प्लेटों पर गिराईं जिन्हें 100°C की गर्माहट से लेकर 460°C की भीषण गर्मी तक गर्म किया गया था।
वैज्ञानिक बूंदों के "नृत्य के स्टेप्स" की तलाश कर रहे थे। उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे प्लेट गर्म होती है, बूंदें व्यवहार के चार अलग-अलग चरणों से गुजरती हैं। पहले, फिल्म इवैपोरेशन (फिल्म वाष्पीकरण) होता है, जहाँ बूंद बस वहीं रहती है और धीरे-धीरे सूख जाती है। फिर आता है न्यूक्लिएट बॉइलिंग (नाभिकीय उबाल), जहाँ बूंद उबलते पानी के बर्तन की तरह बुलबुले छोड़ने लगती है। इसके बाद है ट्रांजिशन बॉइलिंग (संक्रमणकालीन उबाल), जो एक अराजक चरण है जहाँ बूंद अस्थिर और फड़फड़ाती हुई होती है। अंत में, यदि प्लेट पर्याप्त गर्म है, तो बूंद स्फेरॉइडल या लेडेनफ्रॉस्ट रिजीम (Leidenfrost regime) में प्रवेश करती है। यह सबसे जादुई हिस्सा है: बूंद अपनी ही भाप के एक पतले कुशन पर तैरती है, एक नन्हे, अदृश्य होवरक्राफ्ट की तरह इधर-उधर उछलती है, जो वास्तव में इसे वाष्पित होने में अधिक समय लेता है क्योंकि भाप एक इंसुलेटर (कुचालक) के रूप में कार्य करती है।
इस प्रयोग ने हमारे वनस्पति-आधारित ईंधनों के बारे में क्या खुलासा किया, यहाँ बताया गया है। नियमित डीजल समूह का सबसे तेज़ धावक था; यह सबसे तेज़ी से वाष्पित हुआ क्योंकि इसका क्वथनांक (boiling point) कम है और यह वनस्पति तेलों की तुलना में कम "गाढ़ा" (viscous) है। बायोडीज़ल्स के बीच, पाम ऑयल सबसे सुस्त था। इसे गायब होने में सबसे अधिक समय लगा क्योंकि यह बहुत गाढ़ा है और इसका क्वथनांक उच्च है, जिससे इसे गैस में बदलना कठिन हो जाता है। सूरजमुखी का तेल अन्य वनस्पति ईंधनों में सबसे तेज़ था, जो अन्य की तुलना में अधिक तेज़ी से वाष्पित हुआ, जबकि मक्के का तेल बिल्कुल बीच में रहा।
धातु की प्लेट का प्रकार भी बहुत मायने रखता था। एल्युमीनियम की प्लेट, जो ऊष्मा का एक बेहतरीन चालक है (यह ऊर्जा को तेज़ी से स्थानांतरित करती है), ने स्टेनलेस स्टील की प्लेट की तुलना में बूंदों को तेज़ी से गायब कर दिया। यह ऐसा था जैसे एल्युमीनियम की प्लेट अपनी गर्मी साझा करने के लिए उत्सुक थी, जबकि स्टेनलेस स्टील थोड़ा कंजूस था। दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने पाया कि जैसे-जैसे सतह का तापमान अत्यधिक उच्च (400°C से ऊपर) हो गया, दोनों धातुओं के बीच का अंतर कम महत्वपूर्ण हो गया, और बूंदें अधिक समान रूप से व्यवहार करने लगीं।
अध्ययन ने यह भी नोट किया कि छोटी बूंदें आम तौर पर बड़ी बूंदों की तुलना में तेज़ी से वाष्पित होती हैं और उन पागल कर देने वाले "होवरक्राफ्ट" चरणों तक जल्दी पहुँच जाती हैं। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि ये निष्कर्ष हमें बायोडीज़ल्स के थर्मल गुणों को समझने में मदद करते हैं, जिससे अंततः इंजीनियरों को इन ईंधनों को अधिक कुशलता से जलाने और उत्सर्जन को कम करने के लिए इंजन को बेहतर बनाने में मदद मिल सकती है। उन्होंने यह दावा नहीं किया कि उन्होंने ऊर्जा संकट को हल कर दिया है, लेकिन उन्होंने हमें यह स्पष्ट मानचित्र प्रदान किया है कि ये नए ईंधन गर्म होने पर कैसे व्यवहार करते है, यह दिखाते हुए कि हालांकि बायोडीज़ल्स एक आशाजनक विकल्प हैं, लेकिन उनके अपने अनूठे व्यक्तित्व और नियम हैं जिनका पालन करना पड़ता है, जो आज के डीजल से भिन्न हैं।
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