​Дисперсные системы, состоящие из воды, измельчённого угля или отходов его переработки, а также химических добавок и отходов нефтепереработки — весьма привлекательная замена традиционным видам топлива. Такие смеси называются органоводоугольными (ОВУТ) или композиционными жидкими (КЖТ) топливами. 

В результате использования этих смесей фиксируется снижение выбросов опасных газов — оксидов серы и азота, по сравнению с традиционным угольным топливом. Также альтернативному топливу свойственна высокая пожаро- и взрывобезопасность, на нём может работать практически любой транспорт. Однако у жидкого композитного топлива есть ряд существенных недостатков, наиболее серьёзный из которых — интенсивное расслоение суспензии при хранении и особенно — при впрыске в камеры сгорания. Перед учёными стоит задача разработать эффективные способы сжигания такого топлива. Это позволит одновременно вовлечь в топливный баланс низкокачественные горючие ископаемые и решить проблему утилизации производственных отходов, загрязняющих окружающую среду.

Основной способ сжигания суспензионного топлива предполагает его предварительное распыление в камере сгорания. Это значительно увеличивает площадь контакта топлива с окислителем и интенсифицирует тепло- и массообменные процессы. Распыление струи сопровождается её первичным распадом, при этом формируются капли жидкости, которые при воздействии аэродинамической силы деформируются — может произойти вторичный распад капли. Учёные СФУ установили зависимость данного процесса от свойств топлива и от организации подачи топлива в камеру.

«В нашей работе представлены результаты исследований вторичного распада капель органоводоугольного топлива с использованием численного моделирования. Установлены режимы распада капли в зависимости от числа Вебера, исследована структура течения за каплями. Проведено количественное сравнение полученных результатов с известными экспериментальными данными отечественных и зарубежных учёных. Эти результаты можно использовать для разработки технологий сжигания топлив — мы стали лучше понимать, как можно варьировать параметры впрыска, чтобы обеспечить разрушение первичных и вторичных капель в требуемой зоне камеры сгорания», — отметила соавтор исследования, ассистент Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Анна Шебелева.

Особым преимуществом созданной красноярцами модели является её универсальность. Экспериментально изучать все разнообразие компонентов, использующихся в жидком топливе, чрезвычайно сложно и отнимает много времени. Модель, представленная учёными СФУ, уже на данном этапе позволяет изучать условия разрушения топлив с различным компонентным составом.

«Думаю, будет правильным продолжить исследования в данном направлении и дальше. Совместно с коллегами из Томска мы показали, что такую модель можно использовать для изучения характеристик распада капель водоугольного топлива. Теперь хотелось бы понять, как поведёт себя модель, если включить в неё добавки биомассы, технологических стоков и отходов нефтепереработки», — резюмировала Анна Шебелева.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках государственного задания (проект № 16.8368.2017) и Томского политехнического университета (проект VIU-ISHFVP-60/2019).


Рисунок: форма поверхности капли органоводоугольного топлива в различные моменты времени при скорости потока 35 м/с.

Похожие новости

  • 29/05/2018

    Красноярские ученые создали новые сверхтонкие ферромагнитные наноматериалы

    Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) исследовали свойства двух различ-ных двумерных модификаций нитрида ванадия. Эти материалы найдут применение в со-здании спинтронных устройств нового поколения.
    463
  • 24/06/2019

    В Сибири работают над электроникой будущего

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали самоорганизующийся шаблон из кремнезёма для прозрачных электродов на гибкой подложке, эффективный при разработке современных гибких дисплеев и светодиодов.
    235
  • 12/05/2016

    Российские физики смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах

    ​Физики из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов, Московского физико-технического института и Сибирского федерального университета смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах, на основе которых можно создать компактные и высокочувствительные датчики.
    1342
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    341
  • 05/03/2019

    Доцент СФУ выявила перспективность использования природного графита

    ​Доцент кафедры инженерного бакалавриата CDIO Института цветных металлов и материаловедения СФУ Татьяна Гильманшина в сотрудничестве со специалистами АО «Красноярскграфит» и Чувашского государственного университета (Чебоксары) провели ряд исследований, которые направлены на разработку новых противопригарных покрытий на основе природных и активированных графитов.
    292
  • 16/10/2018

    Красноярские физики исследовали сверхбыстрый распад молекулы воды

    ​Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Швеции описали распад молекулы воды при воздействии на нее рентгеновского излучения. Полученные данные в дальнейшем можно использовать для создания материалов с заданными свойствами, сообщила пресс-служба СФУ.
    433
  • 10/05/2018

    Красноярские ученые создали инновационный способ подготовки ядерных отходов к захоронению

    ​Инновационную технологию подготовки к безопасному хранению радиоактивных отходов (РАО), полученных от переработки отработавшего облученного ядерного топлива (ОЯТ), разработали ученые Сибирского федерального университета (СФУ), сообщил ТАСС один из авторов исследования, профессор СФУ, доктор технических наук Владимир Кулагин.
    524
  • 19/01/2016

    Новая технология ученых СФУ увеличит скорость литья на 85%

    ​В Сибирском федеральном университете завершили масштабные испытания инновационной технологии перемешивания жидкой сердцевины кристаллизующегося слитка - LHMS (Liquid Heart Metal Stirrer). Первый этап реализации технологии LHMS, предназначенной для производителей и переработчиков алюминия и его сплавов, включал в себя разработку оборудования и его поставку на завод ведущего европейского производителя (Швейцария) конечной продукции из алюминиевых сплавов для машиностроения.
    1273
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    1082
  • 14/12/2017

    Ученые СФУ установили, что у Марса не было шанса стать обитаемым

    ​Профессор Сибирского федерального университета (СФУ) Николай Еркаев и его зарубежные коллеги из Австрии и Германии считают, что на Марсе никогда не было жизни и возникнуть она там не могла.К такому выводу они пришли, построив модель формирования планет, обладающих сравнительно небольшой массой.
    610