低溫下航空燃油中水的存在形式和特性探討

李建俠

摘 要：近年來我國航空飛機這一遠程出行工具越來越普遍的同時，其安全水平也在受到越來越廣泛的關注。而其中一個影響飛機飛行穩(wěn)定和安全的重要因素，就是存在于其燃油當中的水，當飛機飛離地面進入溫度較低的區(qū)域時，其就很容易在低溫時出現(xiàn)結(jié)冰狀況，進而對飛機的供油工作產(chǎn)生不容小覷的負面影響。針對這一現(xiàn)象，我國相關部門也依據(jù)科學處理方法提供了相應的解決方案。因此，本文為了更好地為航空公司的正常運行貢獻自身力量，將從這一存在于航空燃油當中的水分在飛機飛入低溫高空領域時的反應狀況進行分析，且深入探討其存在于燃油中的形式，并綜合其特點，希望能夠從根本上降低這一問題對飛機安全運行帶來的負性影響。

關鍵詞：低溫 航空飛機 燃油 水 存在形式 特性

中圖分類號：V312 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0011-02

經(jīng)過長期的理論研究，我們發(fā)現(xiàn)，如果不在燃油中添加適當?shù)姆枷阕寤衔?，就很難使其保有良好的密封性，就會很容易導致燃油出現(xiàn)泄露的情況[1]。但是從另一個角度來看，由于這一化合物往往具有超強的水溶解性，因此將其添加到飛機燃油當中之后，其就不免會在特殊情況下發(fā)生其他的反應，諸如結(jié)冰。為了平衡這兩者的需求和問題，最終決定將這一化合物在飛機燃油中的比例控制在8%左右[1]。因此，我們就必須根據(jù)適航條款的規(guī)定，對由這一化合物所帶來的必然存在于飛機燃油中的水分進行了解，以求更好地對其進行處理，避免可能由其影響而引發(fā)的飛機災難。

1 淺析在航空燃油當中的水的存在形式

一旦進入高空中的低溫區(qū)域內(nèi)，存在于航空燃油當中，由芳香族化合物溶解轉(zhuǎn)化而來的水分，就會普遍以以下三種形式存在。其一是溶解水的形式，其二是乳狀水的形式，其三是自由水的形式[1]。

1.1 溶解水

一般而言，溶解水是一種我們無法輕易用肉眼得見的成分，其作為燃油的組成部分而存在于其中。如果只是簡單地憑借機械作用，很難對其進行清理，因此，要想處理溶解水，只能借助燃油燃燒的方式。

1.2 乳狀液體

構成乳狀液體的物質(zhì)可能是兩種，也可能超過兩種，且它們之間的一般無法進行相互的融合。一般而言，其中的一種構成液體都會由尺寸較小的顆粒組成。而其他的液體都在燃油當中以連續(xù)的狀態(tài)存在。在燃油中，一旦存在乳狀水的形式，一般都會以較為渾濁的形式出現(xiàn)。而且要想讓這一物質(zhì)結(jié)成沉淀或者凝固，需要耗費一定的時長。除此之外，借助于油水分離器等設備，我們可以輕而易舉地對以懸浮姿態(tài)存在于燃油當中的此類物質(zhì)進行清理。這一設備的工作原理如下：其中的重要組成部分——纖維，其中含有能夠積聚水滴的親水物質(zhì)，一旦投入使用，就能夠在短時間內(nèi)破壞乳狀液體的穩(wěn)固性，從而輕而易舉地將其去除[2]。

1.3 自由水

一般而言，作為一種密度不低于燃油的物質(zhì)，自由水的前身就是乳狀水，經(jīng)過后者的長期沉淀，自由水變成一層獨立的物質(zhì)，凝結(jié)和沉淀于油箱的底部[2]。一般來說，自由水是在飛機啟動飛行之后一段時間才形成的。在正常情況下，自由水會和其他燃油成分一起被飛機消耗掉，而其積存于油箱當中的沒有被消耗的部分，也會在工作人員進行維修的時候?qū)⑵淙娴厍謇淼簟?/p>

其中，我們需要進行重點管理和清理的有兩種物質(zhì)，其一是乳狀水，其二是自由水[2]。當這兩種物質(zhì)一懸浮姿態(tài)出現(xiàn)在燃油當中時，就可以被定義為對燃油造成污染的物質(zhì)，需要獲得及時的處理。

2 溫度是如何影響水溶解性的

當飛機離開地面駛向高空的時候，其周圍的環(huán)境溫度急劇降低，在這樣的情況下，燃油中含有的各種水分也會受到溫度的劇烈影響。一般來說，在燃油中所含有的化合物和溫度共同的影響之下，水的存在形式也會出現(xiàn)某種不同形式的變化。經(jīng)過長期研究，我們得知，水會在周圍溫度超過14℃的時候，處于溶解狀態(tài)，此時燃油看起來是更為清晰透明的。而當溫度低于這一水平的時候，燃油就會由于受到水的沉淀帶來的影響，而形成不甚透明的狀態(tài)。

3 淺析水的存在給燃油系統(tǒng)帶來的各類影響

3.1 淺析水在飛機油箱存在的循環(huán)規(guī)律

一般而言，有兩個影響因素會推動油箱中的水分子進行運動和變化，其一是溫度影響，其二是飛機油箱內(nèi)部本來就存在的較為潮濕的空氣的影響[3]。當溫度較低的時候，水的蒸發(fā)現(xiàn)象就開始運作了。這一過程會持續(xù)到這兩個方面達到平衡為止，其一方面是燃油中的水含量，其另一方面是油箱內(nèi)空氣的水含量。接下來，蒸發(fā)之后的水分子就會在油箱內(nèi)壁等各個部分形成凝固的狀態(tài)并附著在其表面。由此，這兩個過程就會形成一個不斷的水循環(huán)過程。這一過程將以濕度和溫度之間的平衡點為終結(jié)，當位于燃油層上方的水蒸汽壓力到達這一平衡點的時候，循環(huán)就會終結(jié)。而當溫度低于結(jié)冰的臨界點的時候，就會出現(xiàn)水蒸汽的冷凝狀況。凝結(jié)之后的水蒸汽一般會附著在油箱內(nèi)壁上，形成冰珠子。

3.2 冰積聚現(xiàn)象在油箱內(nèi)部和燃油系統(tǒng)當中的存在淺析

冰積聚現(xiàn)象指的就是，水分子在燃油系統(tǒng)或者油箱當中出現(xiàn)的不同程度上的結(jié)霜形式[3]。一般而言，這樣的結(jié)霜過程會經(jīng)過三個大的階段。第一個階段是晶體最初的生長階段；第二個階段是霜層開始生長的階段；第三個階段是第二階段的延續(xù)，霜層經(jīng)過一段時間的生長，已經(jīng)充分地形成了較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

一般而言，伴隨著這一結(jié)霜過程的，是不斷增加的霜層厚度水平，與此同時還有其表面的溫度水平。此外，決定霜層穩(wěn)固性的因素多種多樣，不僅有周圍空氣的流速，還有周圍空氣的濕度和溫度等等，都會共同作用于這一結(jié)霜過程，影響最后的霜層硬度等水平。與此同時，當周圍的溫度條件過冷的時候，霜層也會由于不具備較強的吸附能力，而更為容易被其他物質(zhì)去除[4]。

3.3 水在低溫條件下的成核現(xiàn)象淺析

當外界溫度低于一定的臨界值之后，燃油當中所含有的各種形式的水就會傾向于凝結(jié)成較為穩(wěn)固的存在狀態(tài)——冰。學術上把這一現(xiàn)象稱之為水成核。而要想形成這一穩(wěn)固的狀態(tài)，還需要消耗一部分的能量，除此之外，還需要尋找可以被依托的穩(wěn)定介質(zhì)。且根據(jù)介質(zhì)類型的不同，這一現(xiàn)象也可以作學術上的兩種劃分。其一，當其主要借助的介質(zhì)為原本就存在的水分子微晶，或者是存在于油箱中的各類細菌時，其成核狀態(tài)就是較為均勻的。其二，當其所借助的介質(zhì)是來自于外在的各類灰塵和污垢等等時，其成核過程又被成為異質(zhì)成核，是不均勻的[5]。

4 結(jié)語

近年來我國航空建設事業(yè)正處在一個較為光明的發(fā)展前進過程當中，客流量的增大和航線數(shù)量的增加都為其發(fā)展帶來了巨大的推動力。但是在這一過程中，存在于飛機飛行過程之中的各類很有可能導致其安全問題的細節(jié)問題，都必須引起航空工作者們的重視。本文就從這個角度為起點，展開了對于普遍存在于航空油箱中的水的形式的探討，分析其可能存在的幾種形式，及其存在的相關特性。希望經(jīng)過本文的探討，能夠為有關的工作者們提供一定的解決實際問題的可能性。

參考文獻

[1] 屈元元.低溫下航空燃油中水的存在形式和特性研究[J].科技視界，2018（5）：45-46.

[2] 李潔，馬文孝.民用飛機輔助動力裝置燃油結(jié)冰驗證方法研究[J].科技視界，2017（7）：24-25.

[3] 顧鵬翔，黃毅.飛機燃油系統(tǒng)過濾器結(jié)冰堵塞模擬實驗研究[A]//中國化學會全國化學推進劑學術會議[C].2014.

[4] 劉多強，韓松霖，邢軍，等.航空燃油高閃點防冰劑防冰效果的研究[J].化工時刊，2015（7）：11-13.

[5] 張志強，陳戰(zhàn)斌.卡爾費休滴定法測定航空煤油的水分含量[J].工程與試驗，2018，58（1）：54-56.