Ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха профессор Павел Стрижак и доцент Роман Волков в сентябре провели серию экспериментов в Университете города Нант (Франция). Они исследовали с применением оптических методов 2ColorLIF и Laser Induced Phosphorescence физико-химические процессы, происходящие в течение времени прогрева перед микровзрывным распадом капель биотоплив со сложным компонентным составом. Таким типом топлива занимаются французские ученые. Микровзрывное диспергирование — один из способов измельчения капель топлив перед зажиганием. Такой подход позволяет существенно уменьшить времена прогрева до зажигания, повысить полноту выгорания топлива и снизить антропогенные выбросы в атмосферу. Провести эксперименты во Франции томских политехников пригласили коллеги из Университета Нанта, заинтересовавшиеся опытом ученых ТПУ.
Фото: ученые ТПУ в лаборатории Университета города НантКоллектив Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ под руководством профессора Павла Стрижака уже много лет занимается исследованиями в области применения в теплоэнергетике композиционных органоводоугольных и эмульгированных топлив, приготовленных, например, из отходов углеобогащения и нефтепереработки, растительных компонентов, твердых бытовых отходов. Ученые разрабатывают новые компонентные составы и более эффективные подходы к их зажиганию. Инициирование горения композиционных топлив — одна из главных проблем в энергетике, так как в составе топлива содержится вода, которая существенно повышает инерционность процессов инициирования горения. В ТПУ разработано несколько способов интенсификации этих процессов. В частности, ученые предлагают измельчать капли топлив за счет эффектов микро-взрывного диспергирования.
В свою очередь, ученые Университета Нанта работают с биотопливом. Они также ищут оптимальные составы, наиболее эффективные способы и режимы его зажигания. Органоводоугольное топливо из отходов и биотопливные эмульсии с активным вовлечением растительных компонентов принято относить к альтернативным видам топлив в сравнении с традиционными.
«С учеными из Университета Нанта мы познакомились на симпозиуме по горению почти три года назад. В прошлом году мы получили приглашение для чтения лекции и выступления на организованном ими научном семинаре в лаборатории термодинамики Университета Нанта. После прочтения лекции и обсуждения результатов наших исследований в их лаборатории мы установили прочные связи. В этом году они пригласили на работу в течение двух недель в лаборатории для проведения совместных экспериментальных исследований. Во французском университете выделяют средства для приглашения иностранных исследователей: от пяти до восьми ученых в год. Мы попали в их число в этом году.
Как и в случае с нашими топливами, им интересен микровзрывной распад как подход к вторичному измельчению капель топлив. Его применение позволяет существенно повысить скорость горения и полноту выгорания топлива. Это влияет на уменьшение выбросов в атмосферу.
При этом уже давно обосновано, что затраты на реализацию такого подхода не превышают 1% от получаемой при сжигании топлива энергии, — отмечает профессор Павел Стрижак. — Коллегам интересны наши наработки в области микровзрывного распада, потому что мы уже много лет активно работаем в этой области. При этом у них мощная база регистрационной аппаратуры и специализированных красителей для оптической регистрации, в которых заинтересованы мы со своей стороны. В частности, они применяют метод 2ColorLIF, а мы — Laser Induced Phosphorescence — для определения критических условий распада капель при их нагреве. Наше сотрудничество продолжается уже 2,5 года. Мы обмениваемся данными и опубликовали несколько совместных статей в международных журналах Fuel, International Communications in Heat and Mass Transfer, Energies. Теперь появилась возможность провести совместно эксперименты, которые помогут в развитии работы. Надеюсь, мы сможем организовать их приезд к нам для проведения экспериментов в ТПУ».
В течение двух недель томские ученые проводили эксперименты с биотопливными эмульсиями, приготовленными французскими коллегами. В итоге они определили режимы, при которых достигается максимальная площадь поверхности испарения и выгорания топлива. Таким образом, установлены условия, при которых можно существенно увеличить скорости тепловыделения при горении топлива.
«Капли топлива измельчаются при микровзрыве и образуется облако мелких капель. Размеры последних в несколько раз, а иногда и на порядок (в зависимости от вязкости, плотности и поверхностного натяжения топлива) ниже, чем у исходных капель. И мы определили режимы, при которых образуется аэрозольное облако с минимальными размерами капель — соответственно, с максимальной площадью поверхности жидкости. Такой подход позволяет увеличить мощность установки, в которой сжигается топливо. Основные приложения: энергетика и автомобильные двигатели», — поясняет Павел Стрижак.
Добавим, научный коллектив из двух университетов подготовил и направил заявку на грантовый конкурс, который совместно проводят Российский фонд фундаментальных исследований и Национальный центр научных исследований Франции, на поддержку совместной научной работы.