​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

  • 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.
    763
  • 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.
    1588
  • 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.
    888
  • 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.
    717
  • 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.
    845
  • 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.
    787
  • 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.
    1445
  • 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.
    1534
  • 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.
    594
  • 27/04/2020

    Авторский адсорбент магистранта СФУ получил признание на международной студенческой конференции

    ​Исследование магистранта Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета Марии Атамановой «Механизм адсорбции красителя эозина на поверхности частиц из разнозаряженных природных полисахаридов» заняло второе место в подсекции «Физические методы исследования функциональных материалов и наносистем» в рамках 58-й Международной научной студенческой конференции, которая прошла на базе Новосибирского государственного университета с 10 по 13 апреля 2020 года онлайн.
    263