В ТПУ установили: добавка воды в топливо может ускорить его сгорание на 14%

Исследование, установившее, что небольшая добавка воды на 7–14% ускоряет сгорание топлива, провели ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии (ФИЦ ПХФ и МХ) РАН, 1 сентября сообщает пресс-служба ТПУ. Эксперименты и стендовые испытания, которые провели исследователи, позволили им с высокой точностью предсказывать кинетические характеристики воспламенения топлива при добавлении воды. Результаты работы ученых, выполненные в рамках проекта РНФ «Критические условия фрагментации разноразмерных неоднородных капель композиционных топлив в высокотемпературной газовой среде», были представлены в статье «Влияние добавления воды в жидкое топливо на кинетические характеристики его воспламенения» (Effect of adding water to liquid fuel on the kinetic characteristics of its ignition), опубликованной в журнале Fuel (Q1, IF: 6,7). Возросшие требования, предъявляемые к экологическим, энергетическим, эксплуатационным, технологическим и другим характеристикам промышленных установок, привели к поискам альтернативных синтетических и композиционных жидких топлив. В таких топливах, обладающих наибольшим потенциалом, самыми распространенными являются добавки в виде растительных масел и эфиров, спирты, амины, кислоты, растворы, а также промышленные и сточные воды. При этом наилучшими с точки зрения экологических показателей считается вода в низкой концентрации. Улучшение экологических характеристик горения топлива в этом случае достигается в основном за счет снижения температуры в зоне горения и дополнительных химических реакций водяного пара с оксидами серы и азота. Однако впрыск воды или водяного пара в камеру сгорания вызывает изменения тепловых условий химических реакций паров топлива, существенно влияя при этом на соотношение объемов окислителя, топлива и водяного пара, что может значительно изменить временные характеристики всех стадий сгорания. Разработчики двигателей и энергетических установок используют программное обеспечение для численного моделирования химической кинетики, чтобы прогнозировать состав продуктов сгорания. В научной литературе в настоящее время отсутствуют экспериментальные данные о каплях и формирующихся топливовоздушных смесях, которые бы качественно и количественно описывали влияние добавки воды в топливо. Это приводит к тому, что невозможно разработать адекватные модели, которые бы точно описывали происходящие при сгорании топлива процессы, чтобы разработчики могли с их помощью совершенствовать конструкции энергетических установок и двигателей. Для ликвидации этого пробела специалисты лаборатории тепломассопереноса ТПУ совместно с коллегами из ФИЦ ПХФ и МХ) РАН провели эксперименты с керосином и изооктаном, добавляя в них воду в концентрации до 10%. В своем исследовании они применили физическое моделирование процесса воспламенения топливовоздушной смеси в ударной трубе и микровзрывное измельчение композиционных капель в модельной камере сгорания. Ученые в этих условиях, близких к реальным, измерили с высокими точностью и достоверностью характеристики быстропротекающих процессов. Один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов сообщил: «В ходе экспериментов мы установили, что добавление воды к жидкому углеводородному топливу не только ускоряет процесс его сгорания, но и способствует снижению эмиссии оксидов серы и азота в атмосферу. Ускоренное воспламенение топливовоздушной смеси после прогрева и испарения углеводородного топлива с водой связано с увеличением концентрации радикалов гидроксильной группы. Это доказывает, что вода может выступать в роли триггера быстрого и интенсивного сгорания углеводородного топлива». Исследователи установили, что 10-процентная добавка воды в жидкое углеводородное топливо на 7–14% сокращает время задержки его воспламенения в зависимости от условий нагрева и концентраций компонентов топливовоздушной смеси. Используя полученные экспериментально данные, специалисты ТПУ вывели условия, при которых известные уравнения могут быть применены для прогнозирования термического и химического аспектов времени задержки воспламенения капель углеводородного топлива, содержащего воду. Это может помочь разработчикам создавать более экологичные и эффективные системы сжигания альтернативных топлив. glavno.smi.today