Особенности строения пиридина делают его удобной модельной системой для описания процесса горения угля, при этом основное внимание исследователей уделяется образованию радикала орто-пиридила, тогда как образование мета- и пара-пиридилов практически не изучено. Проведено сравнение констант скоростей образования трех радикалов пиридина за счет отрыва атома водорода другим водородом. Оптимизацию геометрии участников реакций проводили в рамках теории функционала плотности с дальнейшим уточнением одноточечных энергий с использованием комбинированного метода ab initio G3(MP2,CC). Выполненные расчеты показали, что образование орто-пиридила более предпочтительно, однако для подробного описания процесса горения угля необходимо учитывать образование и дальнейшие превращения всех трех радикалов.
А.А. Пономарев1,2, Д.К. Шараборин1, М.Ю. Хребтов1, Р.И. Мулляджанов1,2, В.М. Дулин1,2 1Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 630090 Новосибирск, Россия aap@itp.nsc.ru 2Новосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск, Россия
Ключевые слова: ламинарное конусное пламя, газокапельное горение, этанол, метод конечных объемов, OpenFOAM
Страницы: 7-15
Проведено численное моделирование ламинарного пламени предварительно перемешанной смеси этанола и воздуха при атмосферном давлении с добавлением взвеси капель этанола. Начальное отношение топлива к окислителю в газовой фазе задано равным ϕgas = 0.844 и 1.125. C учетом топлива в жидкой фазе суммарное значение коэффициента избытка топлива составило ϕtot = 1.195 и 1.476 соответственно. В расчете был использован метод прямого численного моделирования с сокращенным химическим механизмом. Движение, нагрев и испарение капель рассчитывались в приближении Лагранжа. Результаты численного моделирования верифицированы с использованием экспериментальных данных (фотографии конуса пламени и данные лазерно-индуцированной флуоресценции). Установлено, что все капли испаряются в области прогрева фронта пламени и наличие топлива в жидкой фазе приводит к значительному росту концентрации CO как в расчете, так и в эксперименте.
Проведено расчетно-экспериментальное исследование концентраций продуктов сгорания и эмиссии вредных веществ при горении предварительно подготовленных метановодородных смесей в модельной камере сгорания газотурбинной установки. Используемая математическая модель горения метановодородных смесей показала хорошее качественное и количественное согласование расчетных и экспериментальных данных по основным продуктам сгорания, а также качественное согласование по эмиссии вредных веществ. В дальнейшем данная математическая модель горения в совокупности с выбранным кинетическим механизмом горения может использоваться для анализа эмиссионных характеристик разрабатываемых камер сгорания газотурбинных установок, предназначенных для работы на водородосодержащих смесях.
М.Ю. Мальсагов1, Е.В. Михальченко1, Я.М. Карандашев1,2, В.Ф. Никитин1 1Научно-исследовательский институт системных исследований РАН, 117218 Москва, Россия malsagov@niisi.ras.ru 2Российский университет дружбы народов, 117198 Москва, Россия karandashev@niisi.ras.ru
Ключевые слова: численное моделирование химических процессов, горение, детонация, нейронные сети, глубокое обучение
Страницы: 24-30
Исследуется возможность решения задач химической кинетики с использованием искусственных нейронных сетей. Основная трудоемкость решения задач химической кинетики заключается в решении жесткой системы уравнений баланса, в правой части которой стоит интенсивность производства массы компонентов. Эта задача может быть выделена в отдельный этап решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений внутри общего шага по времени глобальной задачи, и в данной работе рассматривается именно этот этап. Разработана достаточно простая модель, способная решить эту задачу, благодаря которой удалось добиться трехкратного ускорения вычислений по сравнению с численными методами. Полученная нейронная сеть работает в рекурсивном режиме и может предсказывать поведение химической многокомпонентной динамической системы на много шагов вперед.
Найдены геометрические структуры, частоты колебаний и относительные энергии реагентов, продуктов, интермедиатов и переходных состояний, вовлеченных в процесс саморекомбинации радикала инденила, с использованием квантово-химических расчетов G3(MP2,CC) // B3LYP/6-311G**. Безбарьерная ассоциация пары радикалов инденила образует комплекс C18H14. Последующая совокупность изомеризаций комплекса разделяется на пять реакционных каналов, заканчивающихся во всех случаях отрывом Н, но с разными четырехкольцевыми изомерами C18H14: в виде конденсированных колец - тетрафен, тетрацен, хризен, дибензоазулен; с ассоциированной внутренней связью колец - дибензофульвален. Выход хризена превалирует, так как энергетические барьеры, встречающиеся на пути его образования, являются более низкими по сравнению с барьерами на путях к другим продуктам.
Исследовалась устойчивость закрученного пламени предварительно перемешанной метановоздушной смеси при различных гравитационных условиях. Построены карты устойчивого горения при нормальной и обратной гравитации в координатах скорости потока и коэффициента избытка топлива. Показано, что при использовании завихрителя с центральным телом и без него пределы устойчивого горения не изменяются, но отличается геометрия факела. Выявлено незначительное влияние наличия завихрителей на условия срыва пламени, особенно в условиях нормальной гравитации. Показано, что завихритель позволяет получить богатое поднятое пламя в условиях нормальной гравитации и бедное поднятое пламя в условиях обратной гравитации. Обнаружено, что при разбавлении смеси горючим границы устойчивости в условиях обратной гравитации расширяются по сравнению с условиями нормальной гравитации.
Проведены исследования стационарного диффузионного горения суспензии наночастиц бора в изопропаноле в спутном потоке кислорода и импульсного лазерного фотолитического инициирования такого горения. Эксперименты выполнены с применением ряда спектроскопических методов. Методом спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света определены поперечные распределения и концентрации молекул кислорода, диффундирующего в топливную струю, и изменение температуры в пламени на разных расстояниях от среза сопла горелки при введении в топливо наночастиц бора. Методом спектроскопии лазерно-индуцированной флуоресценции электронно-возбужденных молекул O2* найдены размеры зоны лазерного инициирования воспламенения горючей смеси. Спектроскопия хемилюминесценции промежуточных продуктов газофазных реакций (радикалов OH* и BO2*) из области воспламенения позволила охарактеризовать пространственно-временную динамику развития этого процесса. По результатам анализа полученных данных предлагаются объяснения изменений температурного поля и динамики процесса воспламенения, наблюдаемых при добавлении в топливо наночастиц бора. В частности, предполагается, что характерный подъем температуры в области фронта пламени обусловлен прежде всего увеличением скорости горения топлива с наночастицами.
Н.И. Гураков, И.А. Зубрилин, О.В. Коломзаров, Д.В. Идрисов, В.М. Анисимов, А.Д. Попов, В.Ю. Абрашкин, С.С. Матвеев, С.Г. Матвеев
Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С. П. Королева, 443086 Самара, Россия nikgurakov@gmail.com
Ключевые слова: модельная камера сгорания, течение топлива в форсунке, метод объема жидкости, метод Лагранжа, суррогат авиационного керосина, реакторные модели, моделирование эмиссии CO
Страницы: 63-68
Предложен метод расчета характеристик распыла жидкого топлива центробежными форсунками для задания граничных условий впрыска в камеру сгорания. Представлены результаты моделирования эмиссии CO в модельной камере сгорания при двух вариантах задания граничных условий впрыска жидкого топлива: 1) с помощью модели дискретной фазы (DPM), при этом параметры распыла топлива получены моделированием двухфазного течения методом объема жидкости (VOF); 2) для сравнения - с помощью полуэмпирической методики Лефевра расчета центробежных топливных форсунок. Предложенный в статье метод определения граничных условий впрыска позволяет в несколько раз повысить точность прогнозирования эмиссии CO по сравнению с классической полуэмпирической методикой расчета центробежных топливных форсунок.
А.В. Дракон1, А.В. Ерёмин1, В.Н. Золотаренко1,2, М.Р. Коршунова1, Е.Ю. Михеева1,2 1Объединенный институт высоких температур РАН, 125412 Москва, Россия korshunova@labnp-jiht.ru 2Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, 105005 Москва, Россия
Ключевые слова: ПАУ, углеродные наночастицы, ударная труба, пиролиз этилена, линейные эфиры, биотопливо, ЛИФ
Страницы: 69-82
Экспериментально изучены процессы образования полиароматических углеводородов (ПАУ) и углеродных наночастиц при пиролизе смесей этилена с добавками линейных эфиров: диметилового эфира СН3OCH3 (ДМЭ), диэтилового эфира С2Н5OC2H5 (ДЭЭ) и диметоксиметана CH3OCH2OCH3 (ДММ). Исследования проводились за отраженными ударными волнами в диапазоне температур 1 650 ÷ 2 550 К и давлений 2.7 ÷ 4.1 атм при помощи оптических методов диагностики: лазерно-индуцированной флюоресценции (ЛИФ) и лазерной экстинкции. В ходе исследований выявлено, что данные добавки ускоряют процесс образования ПАУ и углеродных наночастиц. Кинетическое моделирование показало, что причиной такого эффекта является наличие в молекулах добавок метильных и этильных групп, приводящее к промотированию образования ПАУ и сажи.
Проведены эксперименты по фильтрационному горению автомобильных покрышек в смеси с твердым теплоносителем. Массовое содержание частиц покрышек в смеси варьировалось от 10 до 70 %. В качестве теплоносителя были использованы частицы химически инертного сапфира (Al2O3) и способного поглощать серу мрамора (CaCO3). Определены оптимальные условия фильтрационного горения автомобильных покрышек (содержание автопокрышек в смеси 50 %, температура горения примерно 1 000 ºC, массовая скорость горения 0.40 кг/м3 поданного воздуха). Установлено, что замена твердого инертного теплоносителя на мрамор практически не влияет на температуру горения. Состав продуктов горения при этом изменяется: в газообразных продуктах увеличивается содержание CO2 (теплота их сгорания при этом снижается примерно с 2.5 до 2.2 МДж/м3), выход жидких продуктов пиролиза несколько уменьшается (примерно с 45 до 40 %), а содержание серы в твердых продуктах сгорания увеличивается (с 28 до 40 %).