Экспериментальное изучение и кинетическое моделирование ламинарных пламен с внешним инициированием

Для обеспечения конкурентоспособности отечественных производителей необходимо разрабатывать новые экологически чистые и энергоэффективные технологии горения, которые могут быть найдены на основе новых знаний о детальных механизмах элементарных атомно-молекулярных процессов. Многочисленные реакции между широким разнообразием молекул, радикалов, промежуточных комплексов участвуют в инициировании и поддержании горения в образовании и распаде вредных веществ (ВВ) в углеводородных пламенах. Отсутствие измеренных или рассчитанных из первых принципов кинетических констант для львиной доли этих реакций затрудняет построение надежных кинетических моделей горения. В последнее время активно проводится поиск методов стабилизации горения обедненных топливно-воздушных смесей (ТВС) за счет внешнего воздействия: плазменного, химического или лазерного. При внешнем инициировании возрастает роль активных форм кислорода (АФК - электронно- и колебательно-возбужденные молекулы кислорода и озона, атомарный кислород).Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются одними из самых распространенных загрязнителей и служат в качестве предшественников в образовании сажи при горении углеводородов. На первом этапе образуются простейшие ПАУ, такие как бензол, нафталин, инден, фенатрен, пирен, в дальнейшем они укрупняются, образуя фуллерены, наночастицы, твердофазные частицы, включая угольную пыль, частицы графена и наконец, сажу. В противовес этому идут окислительные процессы, ведущие к уменьшению размеров ПАУ и в конечном счете к их разрушению.Основным недостатком существующих кинетических моделей, описывающих динамику процессов с АФК и ПАУ, является недоступность зависящих от температуры и давления констант скоростей и коэффициентов ветвления для каналов продуктов реакций для широкого спектра условий, возникающих в различных камерах сгорания. В ходе плазменного инициирования при рекомбинации атомов кислорода генерируются колебательно-возбужденные молекулы озона О3(υ), которые обладают высокой реакционной способностью и могут вступать в быстрые реакции с компонентами ТВС. Молекулярный кислород в электронно-возбужденных синглетных состояниях О2(а, 0,98 эВ) и О2(b, 1,63 эВ) эффективнее вступает в окислительные реакции с углеводородами. Они нарабатываются в относительно высоких концентрациях при плазменном инициировании горения, а также за счет прямого лазерного резонансного возбуждения, содержащегося в ТВС молекулярного кислорода.Для построения кинетических моделей горения ТВС необходимы знания о механизмах химических реакций, участвующих в инициировании и поддержания горения, а также в образовании и окислении ВВ.Цели работы: поиск эффективных технологий сжигания обедненных топливно-воздушных смесей за счет внешнего химического и лазерного инициирования горения. Разработка и верификация моделей горения с внешним инициированием.Основные задачи научных исследований:- верификация разработанной кинетической модели горения на ламинарных модельных пламенах;- расчет энергий реагентов, продуктов, промежуточных и переходных состояний и констант скоростей для реакций окисления радикала аценафтила;- получение экспериментальных зависимостей энергетического порога лазерного пробоя в кислороде, азоте, метане и этилене от давления и температуры газа на длинах волн 761 нм, 744 нм и 532 нм.