​Российские физики проследили за тем, как горит вспененная смесь бензина и воды, и выяснили, как нужно управлять этим процессом для его использования в двигателях внутреннего сгорания. Их выводы были представлены в журнале Proceedings of the Combustion Institute. 


"Мы впервые одновременно измерили скорость пламени и распределение давления внутри трубки при горении вспененной эмульсии. Как мы предполагаем, ускорение пламени и детонация эмульсии связаны с взрывным кипением жидкой фазы системы", - рассказывает Борис Кичатов из Объединенного института высоких температур РАН в Москве, чьи слова передает пресс-служба Российского научного фонда.

Как хорошо знают все обыватели, имевшие дело с печами или машинами, мокрые дрова и бензин, разбавленный водой или другими негорючими жидкостями, крайне плохо горят, что не позволяет использовать их для обогрева помещений или питания двигателей.

С другой стороны, недавно ученые выяснили, что вспененные эмульсии, состоящие из воды, аналогов мыла и углеводородов, можно использовать как горючее. Прошлые эксперименты показывают, что к горению при определенных условиях способны эмульсии с содержанием воды до 95%. При этом вода существенно снижает цену и повышает экологичность вспененных эмульсий по сравнению с традиционными видами топлива.

Кичатов и его коллеги пытались приложить эту теорию к практике, изучая характер горения подобных смесей, состоящих из воды и различных компонентов бензина, дизельного топлива и керосина. Смешивая их в разных пропорциях и меняя размеры пузырьков в эмульсии, ученые следили за тем, как менялся характер горения подобных смесей и выясняли, как их можно безопасно сжигать.

Как показали эти эксперименты, подобные смеси достаточно хорошо горят даже в тех случаях, если они почти наполовину состоят из воды. Что интересно, это может происходить двумя путями - в результате "медленного" горения, когда пламя распространяется по смеси спокойно, и взрывообразного быстрого воспламенения.

Пытаясь понять, почему это происходит, ученые проследили за движением отдельных компонентов подобных эмульсий внутри экспериментального двигателя, подсвечивая их лазером. Оказалось, что на скорость горения подобных смесей сильно влияет то, какими размерами обладают капли воды, возникающие при распаде пены при ее нагреве.

Чем больше были эти капли, тем медленнее и стабильнее горела эмульсия, тогда как при небольших размерах капель и при некоторых других условиях она воспламенялась взрывообразным образом. Размеры капель, в свою очередь, зависели от того, как быстро распространялось возгорание по смеси.

Помимо этого, горючесть подобных пен зависела от массы углеводородов, используемых при их изготовлении. При превышении определенного предела, к примеру, при использовании тридекана, одного из компонентов дизельного топлива, подобные смеси переставали гореть даже при минимальном содержании воды.

Как надеются ученые, собранные ими данные помогут создать двигатели, способные сжигать подобные смеси, что уменьшит объемы выбросов углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу и повысит КПД автомобилей и промышленных предприятий.

Похожие новости

  • 16/10/2018

    Профессор Ильдар Габитов: электроника зашла в тупик

    ​Фотонный компьютер, Wi-Fi из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры... Все это плоды одной и той же науки - фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, "Огоньку" рассказал профессор Сколтеха Ильдар Габитов.
    97
  • 27/06/2018

    Российские физики создали абсолютно плоский магнит из кремния

    ​Ученые из Курчатовского института создали первый прототип двумерного магнита из кремниевого аналога графена, улучшенные версии которого могут стать основой сверхбыстрых и экономных компьютеров будущего.
    276
  • 18/10/2018

    Пол-иголки в стоге сена: новый экспресс-метод найдет ультрамалые концентрации низкомолекулярных веществ

    ​​Российские исследователи из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН и Московского физико-технического института разработали первый в мире ультрачувствительный метод быстрой детекции низкомолекулярных соединений.
    65
  • 20/07/2018

    Физики из России создали «лампочку» из оптоволокна, работающую в космосе

    ​Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.
    212
  • 06/06/2018

    Луч-бублик поможет в создании наноиглы для миниатюрной электроники

    ​Найден способ создавать сверхтонкие элементы наноэлектроники при помощи лазерных лучей в форме бублика. Новая технология поможет уменьшить элементы на микросхемах до размеров нескольких десятков атомов, что в десять раз меньше, чем возможно сегодня.
    185
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    119
  • 15/05/2018

    Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов

    ​Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН исследовали необычное увеличение теплоемкости кристаллов, которое проявляется, если между частицами действуют силы с ограниченным радиусом действия.
    382
  • 19/01/2018

    В России создаются двигатели для гиперзвуковых ракет будущего

    ​Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей, давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом направлении будут продолжены. Детонация - это взрыв.
    823
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    199
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    218