Специалисты лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета (ТПУ) предложили математическую модель, которая достоверно описывает критические условия микровзрыва капель композиционных топлив под действием микроволнового нагрева. Результаты экспериментального исследования могут лечь в основу проектирования новых малоэмисионных камер сгорания газотурбинных двигателей.
Авторы провели серию экспериментов по исследованию механизмов микровзрыва дисперcных капель воды внутри нефтяных топлив и биокомпонентов при микроволновом нагреве.
«В исследовании мы сделали акцент на объемном микроволновом нагреве дисперcных капель воды внутри нефтяных топлив и биокомпонентов, за счет перегрева которых формируется фронт фрагментации и вторичного измельчения. Мы предложили математическую модель прогрева, испарения и фрагментации композиционных капель, которая учитывает контрастные диэлектрические свойства топлива и воды. Эта модель позволяет сделать оценки времени необходимого на прогрев композиционной капли до взрывного вскипания при СВЧ-нагреве», — рассказал один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов.
Эксперименты и результаты моделирования показали, что при микроволновом нагреве вода в составе капель топлива прогревается интенсивнее. На динамику этого процесса влияют три ключевых параметра: радиус капли, электрическая напряженность поля и доля воды внутри капли топлива. По словам ученых, варьирование любого из этих параметров позволяет управлять режимом фрагментации капель. При этом ученым удалось выявить минимальный размер капель и долю воды, необходимые для фрагментации топлива.
«Традиционно топливо подается в камеру сгорания путем первичного распыла из форсуночных устройств или с помощью испарительных систем. Основное преимущество предложенного способа подготовки топливовоздушной смеси к сжиганию — вторичное распыление двухжидкостного спрея под интенсивным СВЧ-воздействием. Это позволяет повысить энергоэффективность, полноту сгорания топлива, увеличить площадь поверхности теплообмена и снизить экологическую нагрузку. Кроме того, разработанный нами способ позволяет в 4-10 раз уменьшить время на подготовку смеси по сравнению с традиционными способами», — отметил Дмитрий Антонов.
На основе разработанной математической модели ученые предложили карты режимов, с помощью которых можно управлять микровзрывом капель, а также оценивать геометрические размеры и скорости движения их вторичных фрагментов.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
