Ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета (ТПУ) предложили математическую модель, которая позволяет сократить время подготовки композиционной топливной смеси для газотурбинных двигателей в 4–10 раз по сравнению с традиционными технологиями. Об этом сообщило Минобрнауки РФ.
Разработанная модель описывает критические условия микровзрыва капель композиционных топлив под действием микроволнового нагрева. Результаты исследования в перспективе могут стать основой для проектирования новых малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей, что снизит уровень загрязнения окружающей среды.
Микроволновой нагрев вместо традиционного распыления
Стандартный процесс подачи топлива в камеру сгорания предполагает использование специальных распылителей или испарительных систем. Новый метод основан на вторичном распылении двухжидкостного спрея под воздействием интенсивного микроволнового излучения. Такой подход обеспечивает более эффективное сжигание топлива, увеличивает площадь теплообмена и позволяет минимизировать выбросы вредных веществ.
Доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов пояснил, что перегрев капель вызывает их разрушение и измельчение. Созданная математическая модель учитывает контрастные диэлектрические свойства топлива и воды, что позволяет точно определить время нагрева капель композиционного топлива до момента взрывного кипения при СВЧ-нагреве.
Управление процессом фрагментации капель
В ходе экспериментов было установлено, что вода в каплях нагревается быстрее топлива. На скорость этого процесса влияют три ключевых параметра: радиус капли, электрическая напряженность поля и доля воды в смеси. Варьируя эти характеристики, можно контролировать режим фрагментации капель и добиваться оптимальных условий для их микровзрыва.
На основе математической модели ученые разработали специальные карты режимов, которые дают возможность управлять процессом распада капель и прогнозировать параметры их микровзрыва. Эти карты позволяют оценить размеры и скорости движения вторичных частиц, образующихся после разрушения капель.
Исследования проведены при поддержке гранта Российского научного фонда. Результаты работы опубликованы в научном журнале International Communications in Heat and Mass Transfer.