Создание модели образования зародышей сажи за счет димеризации молекул ПАУ

В камерах сгорания авиационных двигателей, двигателей внутреннего сгорания и других топливосжигающих устройств при сгорании углеводородных топлив при температуре 1000-1400 К идет активное образование сажи, осаждающейся на холодных поверхностях устройств, что уменьшает срок их службы. В настоящее время большое внимание уделяется проблемам контроля за количеством и размером образующихся в процессе горения сажевых частиц. Однако до настоящего времени механизм сажеобразования до конца не изучен. Предполагается, что в условиях горения образуются зародыши сажи путем нуклеации ароматических и полиароматических углеводородов (ПАУ) с последующем ростом частиц за счет присоединения новых молекул. В научной литературе описаны несколько возможных путей образования зародышей сажи:1) Образование кластеров из молекул полиароматических углеводородов (ПАУ) за счет Ван-дер-Ваальсовых сил взаимодействия;2) Образование трехмерных структур из молекул ПАУ за счет ковалентных связей.Однако, слабые Ван-дер-Ваальсовые связи легко разрушаются в условиях горения, что говорит о том, что образование сажи в условиях горения (при температуре выше 1000 К) во многом обусловлено димеризацией молекул ПАУ за счет образования ковалентных связей углерод-углерод. Предполагается, что заметный вклад при димеризации молекул ПАУ вносят молекулы, имеющие в своем составе пятичленное кольцо, но в настоящее время этот вопрос недостаточно изучен.Современное состояние вычислительной техники делает возможным теоретический расчет сложных, многоступенчатых и комплексных процессов с высокой точностью. В связи с этим при рассмотрении механизмов сложных процессов, которые затруднительно исследовать экспериментальными методами, большой вклад вносят теоретические, в том числе квантово-химические методы расчета.Целью данного исследования является создание модели образования зародышей сажи при димеризации молекул ПАУ за счет раскрытия пятичленного кольца одного из компонентов.Актуальность исследования обусловлена необходимостью проработанной модели образования сажи и наличия точных констант реакций образования частиц сажи для создания кинетических механизмов образования частиц сажи ипрогнозирования и контроля за вредными выбросами, обусловленными наличием канцерогенных ПАУ и частиц сажи.Научная новизна работы заключается в создании модели образования зародышей сажи за счет раскрытия пятичленного кольца одной из молекул взаимодействующих веществ и последующей димеризацией молекул собразованием прочных ковалентных связей.Для выявления закономерностей димеризации ПАУ планируется изучить квантово-химическими методами геометрии и энергии интермедиатов и переходных состояний ( методами B3LYP и G3(MP2,CC), используя программы Gaussian и Molpro), а также рассчитать константы взаимодействий в системах: аценафталин-нафталин; ацеатрацен-атрацен; ацепирен-пирен, приводящих к образованию димеров данных соединений с помощью программного пакета MESS.