Главная – Журналы – Поиск по журналам

Обзор посвящен образованию твердого углерода (в частности, сажи) при различных условиях конверсии метана: пиролиз, горение диффузионного пламени, паровой риформинг, конверсия в сверхкритической воде и водокислородном флюиде высокого давления. Особое внимание уделяется рассмотрению условий образования углерода при высоком давлении, ставится цель - выявление областей параметров, для которых еще отсутствует или недостаточно представлена экспериментальная информация, но где образование углерода очень вероятно. При проектировании непрерывно работающего технологического оборудования необходимо знать соответствующие параметрические границы областей образования твердого углерода, чтобы избежать аварийных ситуаций и/или снизить амортизационные расходы.

В статье приводятся результаты мультикритериального анализа, полученные на базе экспериментальных данных в процессе изучения основных свойств и характеристик термической конверсии альтернативных жидких топлив. В качестве базового углеводородного компонента использовался керосин. Биодобавки предстаавлены растительными маслами (рапсовое, талловое, рыжиковое, кулинарное отработанное) и метиловыми эфирами жирных кислот, полученными при переработке этих масел. Экспериментально определены характеристики горения топливных композиций: времена задержки зажигания, пороговые температуры инициирования горения, продолжительности выгорания, концентрации основных газовых выбросов. Выделены перспективные для использования топливные композиции с учетом основных энергетических и экологических индикаторов. Обоснованы возможности применения композиций с метиловыми эфирами жирных кислот для снижения удельных антропогенных выбросов в составе продуктов сгорания.

Физически-информированные нейронные сети (PINN) представляют собой инновационный метод решения разнообразных задач в областях математики, физики и инженерии. Указанный метод объединяет в себе концепции нейронных сетей и физических уравнений с целью моделирования и анализа различных физических процессов. В частности, PINN может применяться для решения дифференциальных уравнений, включая одномерное уравнение конвекции. Исследование показало, что стандартная реализация PINN эффективно решает одномерное уравнение конвекции при относительно небольших значениях скорости конвекции, однако теряет устойчивость при увеличении данного параметра. В настоящей работе представлен обзор существующих подходов к решению одномерного уравнения конвекции с использованием PINN, а также демонстрируется, как различные методы могут улучшить качество моделей. Результаты сравнения методов свидетельствуют о превосходстве подхода, основанного на динамическом изменении точек коллокации в зависимости от невязки на текущем шаге обучения, по сравнению с другими подходами.

Предложена обобщенная двустадийная модель химической кинетики детонационного горения бинарной стехиометрической смеси метана с водородом и воздухом. Она позволяет вычислять тепловыделение химической реакции, молярную массу, внутреннюю энергию и показатель адиабаты смеси без расчета ее детального химического состава, что существенно упрощает кинетические расчеты и сокращает их объем по сравнению с детальной кинетикой. Модель физически обоснована и не содержит подгоночных параметров. Для рассматриваемой смеси сделан численный двумерный расчет многофронтовой структуры детонационной волны при вариации соотношения между горючими. Химические превращения описывались по предложенной кинетической модели. Рассчитанный размер детонационной ячейки, а также качественная структура детонационной волны (наличие областей несгоревшего газа в зоне реакции и нерегулярность ячеистой структуры, обусловленная формированием как основных, так и второстепенных поперечных волн) хорошо соответствуют эксперименту.

С целью изучения механизмов стабилизации горения проведено сопоставление параметров газа вблизи передней кромки пламени за ребром и за уступом в пограничном слое с испарением и горением этанола. Показано, что при скорости воздушного потока ≈11 м/с за уступом формируется присоединенное пламя, а интенсивность испарения этанола ниже, чем за ребром с отсоединенным пламенем. На передней кромке пламени за преградами локализована зона, где расположен максимум тепловыделения при температуре воспламенения смеси, а статическое и динамическое давления равны между собой. Показано, что в условиях движения газа с горением и отрывом за ребром максимальный вклад турбулентного переноса импульса достигает ≈30 ÷ 40 % от осредненного конвективного, а доля молекулярного переноса составляет 2 ÷ 3 %.

Рассматривается нестационарное самовоспламенение заранее не подготовленной водородно-воздушной смеси в высокоскоростном потоке, чтобы выяснить влияние коэффициента избытка топлива на воспламенение и стабилизацию горения в канале. Проведенная серия экспериментов в широком диапазоне коэффициентов избытка топлива 0.35 ÷ 1.2 показала, что начальное воспламенение происходит в зоне отрыва пограничного слоя под воздействием переотраженной головной ударной волны перед струей топлива. Эта зона является устойчивым источником возгорания, от которого пламя при определенных условиях распространяется вверх по течению до входа в канал. Существует два режима стабилизации горения при угле инжекции 45°. При низких коэффициентах избытка топлива реализуется течение с монотонным ростом давления вплоть до достижения плато с умеренным повышением давления. При коэффициенте избытка топлива более 0.8 реализуется двухступенчатый режим горения. Первый этап состоит из процесса подвода тепла, который совпадает с режимом горения при низких коэффициентах избытка топлива и характеризуется ростом пульсаций вследствие усиления термоакустического взаимодействия. В результате повышения давления в области начального воспламенения происходит быстрое распространение фронта пламени вверх и вниз по потоку и увеличение давления до максимальных значений при высокой полноте сгорания. Выполнен сравнительный анализ распределения давления и тепловых потоков по длине канала.

Исследованы макрокинетические закономерности высокотемпературных превращений ряда производных s-триазина, содержащих азидные, пропинилоксидные и пропиниламинные функциональные группы. Показано, что данные соединения способны к самораспространяющемуся высокотемпературному превращению (горению) в отсутствие внешнего окислителя. Линейные скорости горения в среде азота пропорциональны энтальпиям образования соответствующих производных s -триазина. С наибольшими скоростями сгорают диазидные производные, меньшие скорости горения соответствуют соединениям, содержащим три ацетиленовые группы. Термическое разложение азидоацетиленовых производных s-триазина исследовано с помощью методов термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии. Термический анализ показал, что наиболее стабильным в исследуемой серии образцов является соединение, содержащее три пропиниламинные группы, наименее стабильны --- диазидные производные s-триазина.

Представлены результаты экспериментального исследования влияния слабого поперечного постоянного электрического поля на распределение температуры в ламинарном пламени горелки Бунзена. С помощью метода плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции получены поля температуры в пламенах предварительно перемешанных бедных метано- и пропановоздушных смесей при наличии внешнего электрического поля и в его отсутствие. Результаты визуализации и оценки поля температуры свидетельствуют о том, что наличие электрического поля приводит к изменению формы фронта пламени и его отклонению к катоду, но не меняет существенно распределение температуры в исследуемом пламени.

Представлены результаты численного моделирования и экспериментальные данные, связанные с горением в пористой среде цилиндрической горелки с осевой подачей топлива. Моделирование фильтрационного горения выполнено в рамках двухтемпературной термодиффузионной модели с учетом радиационного теплообмена на поверхностях. Результаты численного моделирования позволяют оценить распределение температуры в газе и в пористом слое, а также потоки излучения внутри и снаружи цилиндрического пористого слоя. Расчетные результаты находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными, полученными при сжигании пропановоздушной смеси в горелке с пористым слоем. Обсуждается влияние внешней теплоизоляции на характеристики и эффективность горелки.

Проведено экспериментальное определение влияния размера частиц порошкообразного окислителя (нитрата калия) на закон горения модельной энергетической конденсированной системы в интервале давлений 0.5 ÷ 40 МПа микроволновым методом бесконтактной диагностики. Исследовался модельный состав системы на основе эпоксидного горючесвязующего вещества, нитрата калия и модификатора горения --- оксида железа Fe₂O₃. При расчете экспериментальных значений линейной скорости горения учитывались случайные погрешности. Получены аналитические зависимости линейной скорости горения модельных энергетических конденсированных систем от давления, аппроксимированные степенной и линейной функциями. Установлено, что при уменьшении размера частиц порошкообразного окислителя значение давления перехода со степенного закона горения на линейный уменьшается, при этом также увеличивается скорость горения.