В Томском политехническом университете разработали математическую модель, которая показывает, при каких условиях капли композиционного топлива начинают разрушаться изнутри под действием микроволнового нагрева, сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ. Этот эффект называют микровзрывом — капля распадается на множество более мелких фрагментов, что увеличивает площадь испарения и эффективность сгорания.
Результаты работы опубликованы в журнале International Communications in Heat and Mass Transfer и могут использоваться при проектировании малоэмиссионных камер сгорания для газотурбинных двигателей.
Эксперименты проводили с каплями нефтяного топлива и биокомпонентов, содержащих воду. Нагрев осуществлялся на частоте 2,45 ГГц — такой же, как в бытовых микроволновых печах. Размер капель составлял от 10 мкм до 1 мм, доля воды — от 2% до 10%.
Оказалось, что при микроволновом воздействии вода нагревается быстрее топлива, перегревается и переходит в состояние взрывного кипения. Внутри капли формируется фронт разрушения, который разрывает ее на более мелкие частицы. Это запускает вторичное распыление прямо в камере сгорания.
Модель, разработанная в ТПУ, описывает прогрев, испарение и разрушение капли с учетом различий в электромагнитных свойствах воды и топлива. Она позволяет заранее оценить время, необходимое для микровзрыва, и спрогнозировать характер фрагментации.
Расчеты показали, что процесс определяется тремя параметрами: радиусом капли, электрической напряженностью поля и содержанием воды внутри капли топлива. Изменяя их, можно управлять режимом фрагментации.
По сравнению с традиционными методами подготовки топлива микроволновое воздействие обеспечивает более равномерное и быстрое распыление. Это повышает полноту сгорания, снижает выбросы и позволяет сократить время подготовки топливовоздушной смеси к сжиганию в 4−10 раз.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что выбросы авиационных двигателей можно превратить в топливо.
