izvkgtuИзвестия КГТУKSTU News1997-3071Калининградский государственный технический университет10.46845/1997-3071-2026-81-114-128izvkgtu-210Research ArticleСУДОСТРОЕНИЕ, МАШИНОСТРОЕНИЕ И ЭНЕРГЕТИКАSHIPBUILDING, MACHINE MANUFACTURING AND POWER ENGINEERINGИсследование стабильности водотопливной эмульсии для дизельного двигателяStudy of the stability of water-fuel emulsion for diesel enginehttps://orcid.org/0009-0004-3149-0345СынашенкоО. В.SynashenkoO. V.

Оксана Владимировна Сынашенко - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики

Калининград

Oksana V. Synashenko - Candidate of Physical and Mathematical sciences, Associate Professor of the Department of Physics

Kaliningrad

oksanasynashenko@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-1285-206XСинявскийН. Я.SinyavskiyN. Ya.

Николай Яковлевич Синявский - доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики

Калининград

Nikolay Ya. Sinyavskiy - Doctor of Physical and Mathematical sciences, Professor, Head of the Department of Physics

Kaliningrad

nikolaj.sinyavskij@klgtu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2969-0346КостриковаН. А.KostrikovaN. A.

Наталья Анатольевна Кострикова - кандидат физико-математических наук, доцент, проректор по научной работе

Калининград

Natal'ya A. Kostrikova - Candidate of Physical and Mathematical sciences, Associate professor, Vice-rector for research

Kaliningrad

natalia.kostrikova@klgtu.ruКалининградский государственный технический университетРоссияKaliningrad State Technical UniversityRussian Federation202607052026081114128Copyright © Сынашенко О.В., Синявский Н.Я., Кострикова Н.А., 20262026Сынашенко О.В., Синявский Н.Я., Кострикова Н.А.Synashenko O.V., Sinyavskiy N.Y., Kostrikova N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.klgtu.ru/jour/article/view/210

Известно, что водотопливные эмульсии, используемые в дизельных двигателях, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными дизельными топливами, что существенно влияет на эффективность и экологичность работы двигателей. Использование водотопливных эмульсий может быть связано с рядом проблем, касающихся их стабильности, таких как разделение фаз, коалесценция и осаждение, качество компонентов и др. Данные вопросы побуждают исследователей подробно изучать свойства водотопливных эмульсий и совершенствовать методы их получения. В работе приводятся результаты исследования стабильности водотопливных эмульсий с помощью фотонной корреляционной спектроскопии и кинетики изменения времен спин-спиновой релаксации ЯМР Т2 в процессе седиментации капель воды эмульсии на примере системы «дизельное топливо Euro C + вода». Показано, что с течением времени может наблюдаться переход одномодального распределения гидродинамических радиусов капель воды в бимодальное. Это объясняется резким ростом агрегации капель и ослаблением этого процесса эмульгатором, концентрация которого в области рассеяния луча уменьшается. Измеренные времена релаксации ЯМР Т2 с помощью программы Niumag NMR Data Analysis Software V1.1 (Pore size distribution) позволили определить распределение размеров капель воды в эмульсии альтернативным методом. Установлено, что более длинный процесс расслаивания эмульсии наблюдается в образцах с большим временем эмульгирования. Эмульсия, полученная без эмульгатора, очень неустойчива из-за сильной коалесценции и быстро расслаивается. Для создания устойчивой мелкодисперсной эмульсии необходимо, главным образом, длительное взбивание смеси в присутствии эмульгатора. Представленные в данной работе результаты могут быть полезны для дисперсионного анализа любых органических эмульсий, содержащих микроразмерные капли несмешиваемой жидкости.

It is known that water-fuel emulsions used in diesel engines have a number of advantages over traditional diesel fuels, which significantly affects the efficiency and environmental performance of the engines. The use of water-fuel emulsions can be associated with several problems related to their stability, such as phase separation, coalescence, and sedimentation, as well as the quality of the components and others. These issues encourage researchers to thoroughly study the properties of water-fuel emulsions and improve methods for their production. This paper presents the results of a study of the stability of water-fuel emulsions using photon correlation spectroscopy and the kinetics of changes in T2 NMR relaxation times during the sedimentation of emulsion water droplets using the example of a Euro C diesel fuel + water system. It is shown that over time, a transition from a unimodal distribution of water droplet hydrodynamic radii to a bimodal distribution can be observed. This is explained by a sharp increase in droplet aggregation and the weakening of this process by the emulsifier, the concentration of which decreases in the beam scattering region. NMR T2 relaxation times measured using Niumag NMR Data Analysis Software V1.1 (Pore Size Distribution) made it possible to determine the size distribution of water droplets in the emulsion using an alternative method. A longer emulsion separation process was found in samples with a longer emulsification time. An emulsion obtained without an emulsifier is very unstable due to strong coalescence and quickly separates. Prolonged whisking is essential for obtaining a stable, finely dispersed emulsion. The optimal emulsifier amount is no more than 1%. The results obtained in this study can be useful for dispersion analysis of any organic emulsions containing microscopic droplets of immiscible liquid.

судовые дизельные топливаводотопливные эмульсиидинамическое рассеяние светаЯМР-релаксометрияmarine engine fuelswater-fuel emulsiondynamic light scatteringNMR-relaxometryРабота выполнена в рамках государственного задания Федерального агентства по рыболовству, рег. № 226020326858–4.The work was carried out within the framework of the state assignment of the Federal Fisheries Agency, reg. N 226020326858–4.ReferencesРеологические свойства водотопливных эмульсий, приготовляемых методом впрыска воды в дизельное топливо / Л. С. Керученко, Е. И. Мальцева, С. П. Прокопов, А. С. Союнов . – DOI 10.48136/2222-0364_2022_1_129 // Вестник Омского государственного аграрного университета. – 2022. – № 1 (45). – С. 129–138.Rheological properties of water-fuel emulsions prepared by injecting water into diesel fuel / L. S. Keruchenko, E. I. Maltseva, S. P. Prokopov, A. S. Soyunov. – DOI: 10.48136/2222-0364_2022_1_129 // Bulletin of Omsk State Agrarian University. – 2022. – № 1 (45). – P. 129–138.Патров, Ф. В. Использование водотопливной эмульсии при эксплуатации судовых ДВС / Ф. В. Патров, О. С. Вахромеев // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер.: Морская техника и технология. – 2009. – № 1. – С. 223–225.Patrov, F. V. Use of water-fuel emulsion in the operation of marine internal combustion engines / F. V. Patrov, O. S. Vakhromeev // Bulletin of the Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technology. – 2009. – № 1. – P. 223–225.Аттия, А. М. А. Особенности подготовки водотопливных эмульсий на основе легких топлив / А. М. А. Аттия // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 8. – C. 706–709.Attia, A. M. A. Features of the preparation of water-fuel emulsions based on light fuels / A. M. A. Attia // Fundamental research. – 2011. – № 8. – P. 706–709.Дорохов, А. Ф. Управление воспламеняемостью водотопливной эмульсии регулированием влагосодержания / А. Ф. Дорохов, Ф. В. Патров, В. В. Кабылбекова // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер.: Морская техника и технология. – 2014. – № 2. – C. 67–73.Dorokhov, A. F. Control of flammability of water-fuel emulsion by regulation of moisture content / A. F. Dorokhov, F. V. Patrov, V. V. Kabylbekova // Bulletin of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technology. – 2014. – № 2. – P. 67–73.Gopidesi, R. K. A review on emulsified fuels and their application in diesel engine / R. K. Gopidesi, P. S. Rajaram. – DOI: 10.1080/01430750.2019.1667435 // International Journal of Ambient Energy. – 2019. – P. 9.Gopidesi, R. K. A review on emulsified fuels and their application in diesel engine / R. K. Gopidesi, P. S. Rajaram. – DOI: 10.1080/01430750.2019.1667435 // International Journal of Ambient Energy. – 2019. – P. 9.Biplab, K. Debnath. A comprehensive review on the application of emulsions as an alternative fuel for diesel engines / K. Debnath Biplab, K. Saha Ujjwal, Sahoo Niranjan // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – № 42. – P. 196 – 211.Biplab, K. Debnath. A comprehensive review on the application of emulsions as an alternative fuel for diesel engines / K. Debnath Biplab, K. Saha Ujjwal, Sahoo Niranjan // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – № 42. – P. 196 – 211.Fuel properties of water emulsion fuel prepared using porous membrane method for low pollutant engine at various temperatures / W. Seungchul, K. Woongil, L. Jungkoo, L. Kihyung // Energy Reports. – 2021. – № 7. – P. 6638–6650.Fuel properties of water emulsion fuel prepared using porous membrane method for low pollutant engine at various temperatures / W. Seungchul, K. Woongil, L. Jungkoo, L. Kihyung // Energy Reports. – 2021. – № 7. – P. 6638–6650.The characteristic of spray using diesel water emulsified fuel in a diesel engine / P. Sangki, W. Seungchul, K. Hyungik, L. Kihyung // Applied Energy. – 2016. – № 176. – P. 209–220.The characteristic of spray using diesel water emulsified fuel in a diesel engine / P. Sangki, W. Seungchul, K. Hyungik, L. Kihyung // Applied Energy. – 2016. – № 176. – P. 209–220.Osama, A. E. Experimental Investigation on a Diesel Engine Fueled by DieselBiodiesel Blends and their Emulsions at Various Engine Operating Conditions / A. E. Osama, M. R. Murari, S. S. Manpreet // Applied Energy. – 2017. – № 203. – P. 582–593.Osama, A. E. Experimental Investigation on a Diesel Engine Fueled by DieselBiodiesel Blends and their Emulsions at Various Engine Operating Conditions / A. E. Osama, M. R. Murari, S. S. Manpreet // Applied Energy. – 2017. – № 203. – P. 582–593.Investigation into the influence of droplet size on the stability of diesel emulsions based on multiple light scattering / Liu Jincheng, Dai Shiqi, Bao Xicheng [et al.] // Journal of Molecular Liquids. – 2023. – Vol. 390 B. – Art. 123182.Investigation into the influence of droplet size on the stability of diesel emulsions based on multiple light scattering / Liu Jincheng, Dai Shiqi, Bao Xicheng [et al.] // Journal of Molecular Liquids. – 2023. – Vol. 390 B. – Art. 123182.Current trends in water-in-diesel emulsion as a fuel / M. Y. Khan, Z. A. A. Karim, F. Y. Hagos [et al.]. – DOI: 10.1155/2014/527472 // ScientificWorld Journal. – 2014. – № 1. – P. 1–15. – URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3916022 (дата обращения: 25.03.2026)Current trends in water-in-diesel emulsion as a fuel. / M. Y. Khan, Z. A. A. Karim, F. Y. Hagos [et al.]. – DOI: 10.1155/2014/527472 // ScientificWorld Journal. – 2014. – № 1. – P. 1–15. – URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3916022 (date of treatment: 25.03.2026)Diesel engine fuel consumption and emission analysis using steam generated non-surfactant water-in-diesel emulsion fuel / D. A. Sugeng, M.F.H.M. Zahari, A. M. Ithnin [et al.]. – DOI: 10.1088/1757-899X/257/1/012036 // Conference Series Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 257, № 1. – P. 012036.Diesel engine fuel consumption and emission analysis using steam generated non-surfactant water-in-diesel emulsion fuel / D. A. Sugeng, M. F. H. M. Zahari, A. M. Ithnin [et al.]. – DOI: 10.1088/1757-899X/257/1/012036 // Conference Series Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 257, № 1. – P. 012036.Water-in-diesel fuel nanoemulsions: Preparation, stability and physical properties / M. R. Noor El-Din, S. H. El-Hamouly, H. M. Mohamed [et al.]. – DOI: 10.1088/1757-899X/257/1/012036 // Egyptian Journal of Petroleum. – 2013. – Vol. 22, № 4. – P. 517–530.Water-in-diesel fuel nanoemulsions: Preparation, stability and physical properties / M. R. Noor El-Din, S. H. El-Hamouly, H. M. Mohamed [et al.]. – DOI: 10.1088/1757-899X/257/1/012036 // Egyptian Journal of Petroleum. – 2013. – Vol. 22, № 4. – P. 517–530.Кириченко, М. Н. Появление артефактного пика в распределении частиц по размерам, измеряемым методом ДРС при малых концентрациях / М. Н. Кириченко, А. Т. Саноева, Л. Л. Чайков // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2016. – № 8. – С. 32–38.Kirichenko, M. N. Appearance of an artifact peak in the particle size distribution measured by the DLS method at low concentrations / M. N. Kirichenko, A. T. Sanoeva, L. L. Chaikov // Brief communications on physics of the Lebedev Physical Institute. – 2016. – № 8. – P. 32–38.Исследование судовых моторных масел методом динамического рассеяния света / Н. Я. Синявский, И. П. Корнева, А. М. Иванов, Н. А. Кострикова. – DOI: 10.37220/MIT.2020.50.4.014 // Морские интеллектуальные технологии. – 2020. – № 4 (50), часть 1. – С. 103–108.Study of marine motor oils by dynamic light scattering method / N. Ya. Sinyavsky, I. P. Korneva, A. M. Ivanov, N. A. Kostrikova. – DOI: 10.37220/MIT.2020.50.4.014 // Marine intelligent technologies. – 2020. – № 4 (50), part 1. – P. 103–108.Sinyavsky, N. NMR relaxometry study of demulsification of diesel fuel / N. Sinyavsky, O. Synashenko, N. Kostrikova . – DOI: 10.1007/s00723-025-01820-w // Applied Magnetic Resonance. – 2026. – № 57.Sinyavsky, N. NMR relaxometry study of demulsification of diesel fuel / N. Sinyavsky, O. Synashenko, N. Kostrikova . – DOI: 10.1007/s00723-025-01820-w // Applied Magnetic Resonance. – 2026. – № 57.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.