Результаты экспериментального исследования в будущем могут лечь в основу проектирования новых малоэмисионных камер сгорания газотурбинных двигателей.
Политехники провели серию экспериментов по исследованию механизмов микровзрыва дисперcных капель воды внутри нефтяных топлив и биокомпонентов при микроволновом нагреве. Опыты проводились при бытовой частоте 2,45 ГГц с каплями композиционных топлив радиусом от 10 мкм до 1 мм и долей воды в них от 2 до 10%.
«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», — отмечает один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов.
Эксперименты и результаты моделирования ученых 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 позволит управлять режимом фрагментации капель. При этом политехникам 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», — добавляет ученый.
На основе разработанной математической модели ученые предложили карты режимов, с помощью которых можно управлять паффингом и микровзрывом капель, а также оценивать геометрические размеры и скорости движения вторичных фрагментов.
Источник: пресс-служба Томского политехнического университета