Ученые ТПУ провели во Франции серию экспериментов с эмульгированным биотопливом

Ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха профессор Павел Стрижак и доцент Роман Волков в сентябре провели серию экспериментов в Университете города Нант (Франция). Они исследовали с применением оптических методов 2ColorLIF и Laser Induced Phosphorescence физико-химические процессы, происходящие в течение времени прогрева перед микровзрывным распадом капель биотоплив со сложным компонентным составом. Таким типом топлива занимаются французские ученые. Микровзрывное диспергирование — один из способов измельчения капель топлив перед зажиганием. Такой подход позволяет существенно уменьшить времена прогрева до зажигания, повысить полноту выгорания топлива и снизить антропогенные выбросы в атмосферу. Провести эксперименты во Франции томских политехников пригласили коллеги из Университета Нанта, заинтересовавшиеся опытом ученых ТПУ.

Коллектив Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ под руководством профессора Павла Стрижака уже много лет занимается исследованиями в области применения в теплоэнергетике композиционных органоводоугольных и эмульгированных топлив, приготовленных, например, из отходов углеобогащения и нефтепереработки, растительных компонентов, твердых бытовых отходов. Ученые разрабатывают новые компонентные составы и более эффективные подходы к их зажиганию. Инициирование горения композиционных топлив — одна из главных проблем в энергетике, так как в составе топлива содержится вода, которая существенно повышает инерционность процессов инициирования горения. В ТПУ разработано несколько способов интенсификации этих процессов. В частности, ученые предлагают измельчать капли топлив за счет эффектов микро-взрывного диспергирования.

В свою очередь, ученые Университета Нанта работают с биотопливом. Они также ищут оптимальные составы, наиболее эффективные способы и режимы его зажигания. Органоводоугольное топливо из отходов и биотопливные эмульсии с активным вовлечением растительных компонентов принято относить к альтернативным видам топлив в сравнении с традиционными.

«С учеными из Университета Нанта мы познакомились на симпозиуме по горению почти три года назад. В прошлом году мы получили приглашение для чтения лекции и выступления на организованном ими научном семинаре в лаборатории термодинамики Университета Нанта. После прочтения лекции и обсуждения результатов наших исследований в их лаборатории мы установили прочные связи. В этом году они пригласили на работу в течение двух недель в лаборатории для проведения совместных экспериментальных исследований. Во французском университете выделяют средства для приглашения иностранных исследователей: от пяти до восьми ученых в год. Мы попали в их число в этом году.

Как и в случае с нашими топливами, им интересен микровзрывной распад как подход к вторичному измельчению капель топлив. Его применение позволяет существенно повысить скорость горения и полноту выгорания топлива. Это влияет на уменьшение выбросов в атмосферу.

При этом уже давно обосновано, что затраты на реализацию такого подхода не превышают 1% от получаемой при сжигании топлива энергии, — отмечает профессор Павел Стрижак . — Коллегам интересны наши наработки в области микровзрывного распада, потому что мы уже много лет активно работаем в этой области. При этом у них мощная база регистрационной аппаратуры и специализированных красителей для оптической регистрации, в которых заинтересованы мы со своей стороны. В частности, они применяют метод 2ColorLIF, а мы — Laser Induced Phosphorescence — для определения критических условий распада капель при их нагреве. Наше сотрудничество продолжается уже 2,5 года. Мы обмениваемся данными и опубликовали несколько совместных статей в международных   журналах Fuel, International Communications in Heat and Mass Transfer, Energies. Теперь появилась возможность провести совместно эксперименты, которые помогут в развитии работы. Надеюсь, мы сможем организовать их приезд к нам для проведения экспериментов в ТПУ».

В течение двух недель томские ученые проводили эксперименты с биотопливными эмульсиями, приготовленными французскими коллегами. В итоге они определили режимы, при которых достигается максимальная площадь поверхности испарения и выгорания топлива. Таким образом, установлены условия, при которых можно существенно увеличить скорости тепловыделения при горении топлива.

«Капли топлива измельчаются при микровзрыве и образуется облако мелких капель. Размеры последних в несколько раз, а иногда и на порядок (в зависимости от вязкости, плотности и поверхностного натяжения топлива) ниже, чем у исходных капель. И мы определили режимы, при которых образуется аэрозольное облако с минимальными размерами капель — соответственно, с максимальной площадью поверхности жидкости. Такой подход позволяет увеличить мощность установки, в которой сжигается топливо. Основные приложения: энергетика и автомобильные двигатели», — поясняет Павел Стрижак.

Добавим, научный коллектив из двух университетов подготовил и направил заявку на грантовый конкурс, который совместно проводят Российский фонд фундаментальных исследований и Национальный центр научных исследований Франции, на поддержку совместной научной работы.