Ученые изучили особенности сгорания топлива для создания новых двигателей

Ученые Самарского университета совместно с зарубежными коллегами открыли ранее неизвестные механизмы роста ароматических молекул – это поможет создать экологичные и энергоэффективные камеры сгорания для газотурбинных двигателей в авиации, судостроении и промышленности, заявила пресс-служба вуза. Механизм формирования неплоских полиароматических углеводоров (ПАУ) описан в статье "Physical Chemistry Chemical Physics".

Ароматические химические соединения входят в число вредных загрязнителей и присутствуют в выхлопах любого двигателя на углеводородном топливе. Зачастую заметно, как из выхлопных труб автомобилей идет черный дым – это частицы сажи, состоящие из спаянных ароматических шестичленных (С6) и пятичленных (С5) колец.

Формирование сажи начинается с простейшего ароматического соединения – бензола. Достраивание новых шестичленных колец приводит к образованию плоских структур (вроде двумерного материала графена). Если же к ним достраиваются пятичленные кольца, плоская форма структуры нарушается. Неплоские ПАУ обнаруживают как в межзвездном пространстве (например, в метеоритах), так и в земных условиях – среди продуктов горения, в камерах сгорания авиационных и автомобильных двигателей.

Сотрудники Самарского университета под руководством профессора Международного университета Флориды Александра Мебеля в рамках мегагранта правительства РФ создают экспериментальную установку для исследования реакций горения.

"К сожалению, многие существующие экспериментальные методы неприменимы для изучения быстрых реакций в температурных условиях до 2000°С, достигаемых в камерах сгорания современных двигателей. Мы использовали высокотемпературный микрореактор, где запускаются интересующие нас реакции, с отбором проб в молекулярный пучок и их анализом в фотоионизационном масс-спектрометре", – рассказал РИА Новости главный научный сотрудник Самарского университета, заместитель директора Самарского филиала Физического института им П.Н. Лебедева РАН Валерий Азязов.

С помощью теоретических и экспериментальных исследований ученые выяснили, как пятичленное кольцо ПАУ добавляется к шестичленному, что, в свою очередь, приводит к выходу ПАУ из плоскости.

Ранее считалось, что для формирования и роста ПАУ необходимы исключительно высокотемпературные среды, выше 700°С, которые есть в камерах сгорания авиационных и автомобильных двигателей, а также в околозвездных оболочках некоторых звезд. Однако ученые Самарского университета доказали, что ПАУ могут формироваться и при очень низких температурах в богатых углеводородами атмосферах планет и их лун, таких как, например, спутник Сатурна – Титан (-183°С).

Также ученые рассчитали скорости реакций, которые можно использовать для моделирования и разработки кинетических моделей роста сажи и ПАУ в авиационных камерах сгорания.

В будущем коллектив планирует раскрыть детальные механизмы реакций, ведущих к укрупнению ароматических соединений. По мнению ученых, полученные ими данные будут применяться в разработках еще на стадии проектирования газотурбинных двигателей в авиации, судостроении и промышленности.
ria.ru