Ученые Томского политехнического университета в составе научной коллаборации установили условия, при которых происходит зажигание самовоспламеняющихся топлив. Результаты экспериментального исследования позволили систематизировать основные показатели, влияющие на воспламенение топлива. Это позволит в будущем разрабатывать безопасное и эффективное топливо для аэрокосмических аппаратов.
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (№25-29-00637). Результаты работы ученых опубликованы в журнале FirePhysChem (Q2, IF: 3,6).
Самовоспламеняющиеся системы состоят из топлива и окислителя, которые самопроизвольно реагируют при контакте без дополнительного нагрева и внешнего воздействия. Однако закономерности и характеристики процессов воспламенения и горения таких топлив до конца не изучены. Ранее политехники описали механизм зажигания самовоспламеняющихся топлив.
Ученые Томского политеха провели экспериментальные исследования с гелеобразным топливом, состоящим из тетраметилэтилендиамина (TMEDA), загущенного 5 мас. % диоксида кремния. Частицы топлива диаметром 2,5 мм они сбрасывали на подложку, заполненную жидким окислителем (высококонцентрированной азотной кислотой), с высоты 5, 10, 15 и 20 сантиметров. В процессе опытов ученые регистрировали время задержки воспламенения и выгорания топлива, площадь пламенной зоны, скорость разлета фрагментов топлива в результате микровзрыва.
«При увеличении высоты сброса частиц топлива возрастает энергия, с которой взаимодействуют топливо и окислитель. Целью нашего исследования было установить масштабы влияния этой энергии на характеристики зажигания и горения топлива», — отмечает руководитель исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Ольга Высокоморная.
Результаты экспериментов ученых показали, что при изменении высоты сброса частиц от 5 до 20 см время задержки зажигания снижалось на 69 %, а время выгорания – на 56 %. Кроме того, увеличение высоты падения частиц топлива увеличивало средний размер зоны выгорания парогазовой смеси на 50 %.
При этом, по словам политехников, примерно в 25 % экспериментов был зарегистрирован микровзрыв, который сопровождался разлетом вторичных частиц топлива и увеличением эффективности и скорости процесса горения.
«Понимание процессов, происходящих при использовании гелеобразных компонентов в самовоспламеняющихся системах, может быть применено для дальнейшего развития и оптимизации этих систем, а также создания в будущем безопасного и эффективного топлива, например, для аэрокосмических аппаратов», — добавляет Ольга Высокоморная.
Над исследованием работали ученые лаборатории тепломассопереноса Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха, а также сотрудники Томского госуниверситета.
Источник: Томский политех
