Ученые Томского политеха в составе научной коллаборации определили ключевые условия, при которых происходит зажигание самовоспламеняющихся топлив. Результаты экспериментальной работы позволили систематизировать основные параметры, влияющие на этот процесс. Полученные знания открывают путь к созданию новых безопасных и эффективных топливных систем для аэрокосмических аппаратов, сообщает пресс-служба вуза.
Самовоспламеняющиеся системы — это смеси топлива и окислителя, которые вступают в реакцию без внешнего поджига или дополнительного нагрева. Несмотря на их потенциал, механизмы воспламенения и горения таких составов до сих пор изучены недостаточно глубоко.
В ходе экспериментов специалисты использовали гелеобразное топливо на основе тетраметилэтилендиамина (TMEDA) с добавкой 5% диоксида кремния. Частицы этого горючего размером 2,5 миллиметра сбрасывали на поверхность с жидким окислителем — высококонцентрированной азотной кислотой. Высота падения варьировалась и составляла 5, 10, 15 и 20 сантиметров. Исследователи фиксировали несколько параметров: время задержки воспламенения, длительность горения, площадь пламени и скорость разлета фрагментов после явления микровзрыва.
«При увеличении высоты сброса частиц топлива возрастает энергия, с которой взаимодействуют топливо и окислитель. Целью нашего исследования было установить масштабы влияния этой энергии на характеристики зажигания и горения топлива», — пояснила руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Ольга Высокоморная.
Анализ полученных данных показал закономерность. При увеличении высоты сброса с 5 до 20 сантиметров задержка воспламенения сокращалась на 69%, а время полного выгорания — на 56%. Кроме того, с ростом высоты падения в среднем на 50% увеличивалась площадь зоны горения парогазовой смеси.
Ученые обратили внимание на еще один значимый эффект: примерно в четверти всех опытов произошел микровзрыв. Это явление сопровождалось разлетом вторичных частиц топлива и приводило к росту эффективности и скорости всего процесса горения.
«Понимание процессов, происходящих при использовании гелеобразных компонентов в самовоспламеняющихся системах, может быть применено для их дальнейшего развития и оптимизации. Это важный шаг к созданию в будущем безопасного и высокоэффективного топлива, например, для современных аэрокосмических аппаратов», — резюмировала доцент.
В исследовании принимали участие специалисты лаборатории тепломассопереноса Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ, а также коллеги из Томского государственного университета.
