Сотрудники Томского политехнического университета вместе с коллегами из университета МИСИС разработали математическую модель зажигания самовоспламеняющихся топлив. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе Минобрнауки России.
Такие топливные системы состоят из топлива и окислителя. Они вступают в реакцию при контакте и не требуют внешнего поджига. Это делает их перспективными для аэрокосмической техники, например для систем аварийного старта.
Cуществующие модели не могли надежно предсказать параметры зажигания. Новая модель детально описывает процесс, учитывая теплообмен, фазовые переходы, диффузию паров и химические реакции в конденсированной и газовой фазах.
Нам удалось предложить целостный математический аппарат, который учитывает физико-химические процессы в момент зажигания в конденсированной и газовой фазах топлива. Анализ результатов расчета показал, что предложенная нами модель позволяет с удовлетворительной точностью предсказать процессы воспламенения топлива. Расчетные и экспериментальные значения времен задержки воспламенения не превышали 15% при варьировании начальных размеров капель и 10% при варьировании начальной температуры компонентов топливной системы. Повышение точности расчетов критически важно для практического применения самовоспламеняющихся топливных систем
Ученые проверили модель на экспериментах с топливом из тетраметилэтилендиамина и окислителем на основе азотной кислоты. Они регистрировали время задержки зажигания и температуру в зоне горения. Модель показала хорошее совпадение с опытами. Исследователи также установили важные закономерности: скорость испарения растет экспоненциально с увеличением размера частиц, а при размере капли около 3 мм время задержки перестает меняться.
В будущем модель поможет проектировать более безопасные и управляемые самовоспламеняющиеся топливные системы. Работа поддержана грантом РНФ, результаты опубликованы в журнале FirePhysChem.
Ранее Наука Mail писала о том, как ученые строят космическую катапульту, и для чего она потребуется.