Развитие фундаментальных основ перспективных энергоэффективных и экологически чистых технологий для широкого класса приложений, включая энергетику, биоинженерию и химическую промышленность

Цель исследования – развитие фундаментальных основ создания перспективных энергоэффективных и экологически чистых технологий, включая: - получение новых фундаментальных знаний о процессе горения и газификации углеродосодержащих топлив в потоке газа различной реакционной способности с добавлением водяного пара и наночастиц активных металлов, с использованием технологий плазменной и механохимической активации; - научное обоснование новых методов диагностики и управления процессами тепломассопереноса переноса в энергетических системах; - совершенствование методов экспериментального и численного моделирования нестационарных процессов в элементах энергетического оборудования, относящихся к задачам тепло-, гидро- и ветроэнергетики. Для достижения поставленной цели будет решен комплекс взаимосвязанных междисциплинарных задач: - Экспериментальное исследование воздушной газификации углеродосодержащих топлив с определением кинетических характеристик топлива при различных способах механохимической активации. - Совершенствование методов моделирования нестационарных процессов горения и газификации измельченного угольного топлива (в том числе УМП, ВУТ, ОВУТ, углеродосодержащие отходы) в потоке газа. - Численное моделирование аэродинамики, процессов тепломассопереноса и горения в перспективных конструкциях топочных и горелочных устройств (включая вихревую топку парового котла ТЭС и ряд ее модификаций с вторичным тангенциальным дутьем) при факельном сжигании угольного топлива (в т.ч. низкосортного, а также в комбинации с газовым топливом). Анализ зависимости 3D структуры двухфазного потока и интенсивности протекающих процессов, а также интегральных теплотехнических и экологических характеристик от состава топлива и режимных параметров, определение на этой основе принципов повышения показателей исследуемых теплоэнергетических установок. - Экспериментальное исследование эффектов (воспламенение, тепловые и экологические характеристики процесса горения), связанных с добавлением наночастиц активных металлов (таких как Al, Ti, B, Mg) при сжигании жидких углеводородов в разработанных прямоточных горелочных устройствах с подачей водяного пара в зону горения; разработка измерительных методик; научное обоснование нового способа повышения полноты сгорания топлива и управления экологическими показателями процесса. - Проведение исследований термического разложения низко метаморфизованных углей Кузбасса, отходов резинотехнических изделий с целью получения энергетических продуктов, востребованных сектором экономики. - Изучение методов оптимизации теплообменных поверхностей аппаратов АБТТ и обоснование новых подходов, таких как использование трехступенчатой схемы десорбции абсорбента с применением в качестве источника энергии для АБТТ сбросных продуктов сгорания газотурбинных (ГТУ) и газопоршневых (ГПУ) энергетических установок. - Адаптация программы TERRA для термодинамических расчетов переработки отходов; термодинамическое моделирование переработки твердых отходов; разработка программы кинетических расчетов высокотемпературной переработки отходов; кинетическое моделирование переработки твердых отходов. - Анализ закономерностей тепломассопереноса в слое диэлектрика при плавлении под действием СВЧ-излучения. - Изучение сложных нестационарных явлений, возникающих при частичной нагрузке гидроагрегатов или в переходных режимах, в том числе: формирования нестационарных крупномасштабных вихревых структур (как одной из наиболее опасных причин снижения ресурса и надежности гидроагрегата, значительно ограничивающих допустимые диапазоны режимов по расходу); динамики нелинейных возмущений на кавитирующем вихревом жгуте, приводящих к дефрагментации вихревой полости и отрыву вихревых колец. Экспериментальное исследование нестационарных вихревых явлений и формирующихся синхронных пульсаций давления при различных режимах работы гидротурбины на аэродинамическом стенде. - Развитие методов бесконтактной диагностики структуры двухфазных потоков и экспериментальное моделирование нестационарных ограниченных и проточных вихревых течений для исследования закономерностей сложного одновременно вихревого и циркуляционного движения газовых и конденсированных сред.