Исследование процессов диспергирования, поджига и горения жидких углеводородных топлив с наноприсадками

Разработка эффективных методов поджига и стабилизации горения, а также исследования процессов формирования пламени требует глубокого понимания физических основ процессов горения, отправной точкой которого является построение общей теории горения в условиях турбулентного смешения компонент реакционного процесса. Исследованы химические реакции горения при турбулентном смешении реагирующих веществ, изученные на примере реактора идеального смешения с учетом многообразия сопутствующих физико-химических и технологических условий их осуществления. На основе общефизических представлений о турбулентной среде как совокупности вихрей, хаотически блуждающих по объему реактора, для предела мгновенных молекулярных реакций, без привлечения эмпирических или полуэмпирических корреляций получена замкнутая система уравнений, позволяющая рассчитать параметры реакционного процесса как функции минимум четырех независимых параметров. Проведенный анализ предельных и частных вариантов решений уравнений теории подтвердил адекватность предложенного механизма смешения и реакции. Результаты расчетов химических реакций в условиях турбулентного смешения реагирующих веществ имеют практическую значимость, так как обеспечивают научный подход к планированию экспериментов для выяснения конкретных особенностей процессов химических превращений в турбулентных потоках. Проведены исследования процессов поджига, формирования и горения, в ходе которых разработаны устройства для распыления и поджига жидкого топлива, диспергирования жидкого топлива, измерения расхода жидкости, защищенные свидетельствами на полезные модели. С использованием импульсного высоковольтного разряда проведены эксперименты по поджигу и нестационарному горению для барботированного керосина в стационарном режиме без добавок и с добавками 0,5%-ных наночастиц графена. Высокоскоростной съемкой факела пламени с последующей цифровой покадровой обработкой картины поджига и развития нестационарного пламени подтверждено, что добавки графена делают поджиг более стабильным, а пламя более однородным. Дискретный (импульсный) характер пробивного напряжения приводит к независимому стохастическому формированию плазменных шнуров и равномерной активации всего объема разрядной камеры. Предлагаемые технические решения обеспечивают максимально эффективное перемешивание жидкого топлива с воздухом при минимизации затрат энергии, что позволяет повысить мощность двигателя при фиксированных затратах энергии.