Разработки физически обоснованных моделей горения

Международные нормы на эмиссию вредных веществ постоянно ужесточаются, и для обеспечения конкурентоспособности отечественных производителей необходимо разрабатывать новые экологически чистые технологии горения, удовлетворяющие экологическим нормам с большим запасом. Прорывные технологии горения топливно-воздушных смесей могут быть найдены на основе новых знаний о детальных механизмах элементарных атомно-молекулярных процессов, участвующих в образовании и распаде, в камерах сгорания различных типов. Газодинамические и кинетические модели горения на основе физически обоснованных констант скоростей элементарных процессов являются важной составляющей в разработке технологий эффективного сжигания топлива. Работы в отчетном периоде были в основном направлены на пополнение баз данных по константам ключевых элементарных химических реакций участвующих в горении углеводородных топлив, полученным экспериментальными и квантово-химическими расчётными методами. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются одними из самых распространенных загрязнителей. Информация о механизмах и константах скоростей ключевых химических процессов, способствующих образованию различных ПАУ, по большей части отсутствует. В частности, основным недостатком существующих кинетических моделей является недоступность зависящих от давления констант скоростей для широкого спектра условий, возникающих в камерах сгорания различных видов. Цель научных исследований на этапе 2017 г. - получение новых кинетических констант процессов для реакций с вовлечением АФК и реакций роста/окисления ПАУ, а также измерение целевых параметров модельного пламени в тепловой горелке на смеси метан - озон - воздух. Показано, что в реакции О₃(υ) + СО стабилизационный канал доминирует над реакционным. Экспериментально показано, что энергия в колебательных степенях свободы синглетного кислорода не вовлечена в процесс протекания реакции O₂(a,υ) с О₃. Найдены с использованием лазерно-индуцированной флуоресценции температурные зависимости константы скорости деактивации O₂(b) в интервале температур Т = 300 - 800 K. Экспериментально подтвержден факт образования трехкольцевого ПАУ - фенантрена - в реакции двухкольцевого соединения о-бифенилила. Найдены оптимизированные структуры, колебательные частоты, энергии нулевых колебаний и относительные энергии всех соединений, участвующих в реакциях циклопентадиенила с молекулярным и атомарным кислородом и гидроксилом, и радикалов ПАУ с ацетиленом. Получены массивы расчетных данных, зависящих от давления и температуры констант скоростей и коэффициентов ветвления, для каналов продуктов реакций окисления циклопентадиенила и роста ПАУ при взаимодействии радикалов ПАУ с ацетиленом. Экспериментально получены зависимости нормальной скорости распространения пламени и содержания окислов азота над тепловой горелкой от содержания в смеси озона.