Ученые Томского политеха занимаются созданием альтернативного топлива для авиации, более экологичного и функционального, чем традиционное. Они разработали математические модели динамики поведения капель топлив сложной формы в камерах сгорания авиационных двигателей. Эти модели помогут прогнозировать характеристики прогрева, испарения и зажигания новых видов топлива, рассказали РИА Новости в пресс-службе университета.
Исследователи во всем мире сегодня работают над задачей снижения антропогенных выбросов в авиации при сохранении производственных мощностей и производительности авиационных двигателей. Для этого необходимо разрабатывать принципиально новые топливные технологии и совершенствовать уже существующие.
Специалисты Инженерной школы энергетики Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают синтетическое топливо, получаемое из жидких углеводородов (в частности, дизеля и биодизеля) и различных отходов: растительных масел, биомассы, осадка сточных вод, муниципальных твердых бытовых отходов.
Ученые уже разработали математические модели для изучения характеристик нагрева и испарения капель в камерах сгорания авиадвигателей. Уникальность моделей в том, что они описывают поведение капель топливных композиций сложной несферической формы в широком диапазоне размеров и скоростей их движения. Такая форма характерна для топлив с низкой вязкостью и вызвана деформацией поверхности капель, возникающей при высоких скоростях впрыска топлива в камеру сгорания.
"Фрагментация капель в режиме микровзрыва достигается за счет вовлечения в состав топлива воды — менее летучего компонента с более низкой температурой кипения. В результате мы получаем более сложную и эффективную топливную композицию "капля в капле", где в качестве ядра выступает вода, а в качестве оболочки — топливо. Микровзрывы повышают до 5-7 процентов полноту выгорания топлива, улучшают характеристики смешения паров топлива и воздуха, снижают до 20 процентов концентрации антропогенных выбросов", — отметил ученый.
На следующем этапе работы исследователи будут изучать, как новое топливо влияет на рабочие характеристики двигательной установки. С этой целью создается комбинированный экспериментальный стенд для испытания малогабаритных газотурбинных двигателей с разными характеристиками тяги и геометрическим размерами. Ученые планируют приступить к серии экспериментов в начале 2023 года.
"Наша цель — разработка композиционного синтетического авиационного топлива, удовлетворяющего современным экологическим, экономическим, энергетическим и технологическим требованиям. Вместе с коллегами из отделения химической инженерии Томского политеха мы планируем создавать цифровые двойники технологий производства топлив под конкретные характеристики. Это важно из-за ограничений по использованию импортного программного обеспечения на отечественных заводах", — отметил Антонов.
Исследование проводится при поддержке программы Минобрнауки "Приоритет-2030".
