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.
Ученые СФУ объяснили, как эффективнее использовать альтернативное топливо
Ученые Сибирского федерального университета объяснили, как правильно использовать альтернативное топливо