Численные модели, разработанные в Томском научном центре СО РАН, позволили выявить наиболее эффективную конфигурацию интерметаллидных горелок на основе никеля и алюминия, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Согласно данным моделирования и экспериментов, эффективность такой горелки оказалась от 2,5 до 5 раз выше, чем у керамических горелок.

Кроме того, исследователи показали возможность управлять самим процессом горения в широком диапазоне параметров, меняя размер и геометрию пор. Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговых журналах Combustion Science and Technology и International Journal of Hydrogen Energy.

«Сейчас огромное значение приобретает создание эффективных и экологичных энергоустановок, позволяющих экономить ресурсы и применять альтернативные виды топлива. Поэтому возможность управлять процессом горения относится к числу самых актуальных задач, стоящих перед наукой. Одним из перспективных технических решений являются пористые горелки, которые позволяют сжигать различные виды топлива с высокой эффективностью, практически не генерируя вредных выбросов в окружающую среду», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории технологического горения ТНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Игорь Яковлев.

По его словам, главная сложность заключается в том, что в экспериментах с таким типом горелок практически невозможно не только инструментально контролировать, но даже наблюдать физические процессы, которые протекают внутри пор во время горения. Тогда учёные решили обратиться к численному моделированию: если раньше влияние геометрии пористых сред на процесс горения при моделировании учитывалось на основе усреднённых полуэмпирических параметров, то с ростом вычислительных мощностей структура пор пористых сред может быть учтена в модели в явном виде, путём прямого сканирования образцов пористых сред с помощью рентгеновской компьютерной томографии.

«Взяв оцифрованные объекты, мы можем построить численную модель, в которой видна вся структура пор, учитывается течение газов по этим поровым каналам, химические реакции и теплообмен между продуктами сгорания и пористой средой, а также передача тепла излучением. Всё это позволяет совершенно иначе взглянуть на физику процессов, протекающих внутри этих пористых сред», — пояснил Игорь Александрович.

Результаты численного моделирования процессов горения топливных смесей на основе водорода показали, что эффективность горелок, полученных методом СВС выше, чем у традиционных керамических горелок, от 2,5 до 5 раз. Выше оказалась и стабильность пламени за счёт наличия особым образом связанной двухслойной структуры, что также упрощает процедуру запуска горелки.

«Методы численного моделирования, которые успешно развиваются в ТНЦ СО РАН, помогают оптимизировать процессы горения за счёт формирования специально подобранных размеров и формы элементов структуры пористых горелок, что позволяет достичь высоких показателей эффективности и экологичности новых энергетических устройств», — подвёл итог учёный.

В Томском научном центре СО РАН планируется продолжить создание методами СВС и 3D-печати эффективных пористых горелок с заданной морфологией, предназначенных для решения конкретных производственных задач.

Источник: пресс-служба Минобрнауки России.