| Аннотация |
В связи с глобальным стремлением к сокращению выбросов СО2 технология чистого сжигания стала важным стратегическим направлением развития науки и техники во всем мире. Для ее реализации в энергетическом и промышленном секторах, с одной стороны, необходимо использовать альтернативные углеродно-нейтральные виды топлива, а с другой - применять эффективные способы контроля и управления процессами их горения. Как следствие, в последнее время обострилась потребность в новых технологиях управления процессами горения с применением электрического поля, различных форм газового разряда, неравновесной плазмы. В этой связи, исследования химии образования заряженных соединений в пламени топлив с малым «углеродным следом» весьма актуальны. Однако в традиционных исследованиях систем с плазменно-стимулированным горением или горением в присутствии электрического поля детальные механизмы химических реакций с участием заряженных частиц обычно не рассматриваются ввиду недостаточной изученности ионной химии пламени, что связано с отсутствием экспериментальных данных о кинетике ион-молекулярных реакций, протекающих при горении перспективных видов топлива. Проект направлен на разработку детальных моделей химической кинетики реакций образования катионов и их взаимодействия с нейтральными молекулами при горении кислородсодержащих углеводородов. Научная новизна исследования определяется тем, что будет создана линейка химико-кинетических моделей, способных достоверно описывать, не просто качественно, а количественно, образование катионов при горении широкого спектра топлив или присадок к традиционным топливам, которые представляют интерес для реализации указанной стратегии, в частности, кетонов, простых эфиров, спиртов, сложных метиловых и этиловых эфиров, фурановых производных. Молекулы этих соединений содержат в своей структуре как минимум один атом кислорода, и потому, в отличие от CxHy углеводородов, их горение сопровождается образованием специфических кислородсодержащих интермедиатов, которые кардинальным образом определяют ионный состав пламени. Основная экспериментальная методика, которая будет применена в проекте - молекулярно-пучковая масс-спектрометрия. С ее помощью будет впервые получен необходимый для построения моделей широкий набор количественных данных о катионном составе пламен спиртов, простых эфиров, сложных метиловых и этиловых эфиров, кетонов, фурановых производных. Будут проведены измерения пространственного распределения как катионов, так и ключевых нейтральных интермедиатов, образующихся в одномерных предварительно перемешанных пламёнах при атмосферном давлении. Будет проведено численное моделирование катионной структуры изучаемых пламен с использованием разработанных детальных механизмов ион-молекулярных реакций, а их предсказательная способность будет оцениваться на основе сравнительного анализа результатов моделирования и экспериментальных данных. Анализ скоростей образования/расходования катионов и анализ чувствительности позволят выявить основные пути реакций, по которым образуются и расходуются катионы в различных условиях и для различных топлив. Ввиду того, что константы скорости реакций между ионами и нейтральными молекулами на несколько порядков величины превышают константы скорости реакций между нейтральными соединениями, по ион-молекулярным реакциям быстро устанавливается равновесие. Это означает, что точность используемых термохимических параметров катионов, включенных в модель, имеет решающее значение, поскольку от этого зависит точность определения константы равновесия ион-молекулярных реакций. В связи с этим особое внимание в проекте будет уделено расчетам термохимических параметров катионов, методами квантовой химии. Ожидается, что реализация данного проекта позволит сделать существенный шаг в понимании химии заряженных частиц в пламени, а разработанные модели будут использованы инженерами-разработчиками для проведения высокопроизводительных расчетов процессов горения.
|
