CC BY
17Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустаноеок,и систем жизнеобеспечения
УДК 621.01
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
В. И. Трифанов*, Л. И. Оборина, О. А. Суханова, И. В. Трифанов, А. А. Снежко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: [email protected]
Рассмотрен метод СВЧ-облучения для повышения скорости и полноты сгорания топлива.
Ключевые слова: сверхзвуковое горение топлива, СВЧ-излучение, ионы-радикалы.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF FUEL COMBUSTION
V. I. Trifanov, L. I. Oborina, O. A. Sukhanova, I. V. Trifanov, A. A. Snezhko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The research demonstrates method of microwave irradiation to enhance the speed and completeness of fuel combustion. Keywords: supersonic combustion, microwave radiation, ions-radicals.
Для стабилизации сверхзвукового горения топлива возможно использование колебательного возбуждения молекул продуктов горения электронным ударом большинства электроотрицательных молекул, например, таких как Н20, С02, N2 [1]. Скорость колебательного возбуждения таких молекул достаточно высока. В настоящее время наиболее высокая энергетическая эффективность плазмохимического разложения молекул топлива и в том числе воды достигнута в неравновесном СВЧ-разряде. Эффект плазменного катализа может быть использован для генерации водорода путем разложения метана с образованием водорода и углерода [1] СН4 ^2Н2 + С, что возможно применять при детонационном горении.
Для инициирования зажигания и стабилизации горения предложено использовать также разряд, сгенерированный квазиоптическим СВЧ-излучением, при этом получено увеличение скорости горения в 4 раза и существенное увеличение полноты сгорания [2]. Время зажигания уменьшилось в 7-10 раз по сравнению с обычным механизмом воспламенением. Параметры СВЧ-излучения: X = 8,9 см, f = 3-109 Гц, N = 102 - 106 Вт.
Радикально-цепной взрыв при горении может происходить за счет образования ионов-радикалов при воздействии СВЧ-облучения. Катион-радикалы (КР) образуются путем отрыва одного электрона от нейтральной молекулы. Стабилизирующим фактором КР может выступать постоянная ионизация продуктов под воздействием резонансного СВЧ-облучения [3] и удаление электронов из плазменного ядра в предварительной камере сгорания, а также горение топлива с избытком горючего [3; 4]. Катион-радикалы обладают высокой реакционной способностью [5] и являются активными центрами детонационного горения.
Практически любая органическая молекула может образовывать как анионы-радикалы (АР) (при восста-
новлении), так и катионы-радикалы (КР) (при окислении). Наличие в молекуле электродонорных групп повышает стабильность КР [6].
В газовой фазе ион-радикалы образуются при электронном ударе [1; 2], диссоциативной ионизации, а также в условиях ион-циклотронного резонанса [3; 4]. Для ион-радикалов характерны реакции фрагментации,
например CH4 ^ CH+ + H;RH+ ^ R + H+, которые
способствуют объемному процессу детонационного горения топлива.
В детонационной камере сгорания образуется неорганический ион-радикал O-, так называемый супероксидион и другие компоненты горения топлива, которые влияют на механизм детонационного процесса. В реакции горения водорода участвуют, например, восемь компонентов (H2,O2,H,O,OH, HO2,H2O,H2O2). Подобная кинетическая схема химических реакций между этими молекулами и атомами включает более 20 элементарных реакций с участием свободных радикалов в реагирующей смеси. При наличии в системе соединений азота или углерода число компонентов и элементарных реакций существенно увеличивается [7]. Воздействие плазменных образований в виде ускоренного потока ионов-радикалов, получаемых в предварительной камере сгорания, на процесс горения топлива может позволить создать эффективные электродетонационные энергетические системы [3; 4].
Библиографические ссылки
1. Диденко А. Н., Зверев Б. В., Колескин А. Ф. Перспективы использования СВЧ-излучения в энергетике. Московский государственный инженерно-физический институт [Электронный ресурс]. URL: http://
Решетневскуе чтения. 2017
nauchebe.net/2015/01/perspektivy-ispolzovaniya-svch-izlucheniya-v-energetike/ (дата обращения: 10.09.2017).
2. Экологически чистый способ сжигания газообразного топлива с применением квазиоптического СВЧ-пучка / П. В. Булат, М. П. Булат, И. И. Исаков и др. // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2016, Т. 16, № 3. С. 513-523.
3. Пат. 2567896 Российская Федерация, МПК F03H 1/00 (2006.01). Способ создания электрореактивной тяги / Казьмин Б. Н., Трифанов И. В., Оборина Л. И. и др. № 2013125958/06, заявл. 05.06.2013, опубл. 10.12.2014, Бюл. № 34. 7 с.
4. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2016117685/06 от 04.05.2016. Способ создания электрореактивной тяги / Трифанов И. В., Казьмин Б. Н., Оборина Л. И., Трифанов В. И.
5. Образование и свойства катион-радикалов [Электронный ресурс]. URL: https://vunivere.ru/work 17570?screenshots=1 (дата обращения: 05.09.2017).
6. Ион-радикалы [Электронный ресурс]. URL: http:// www.xumuk.ru/encyklopedia/1750.html (дата обращения: 05.08.2017).
7. Горение водорода [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 10.09.2017).
References
1. Didenko A. N., Zverev B. V., Koleskin A. F. [Prospects for the use of microwave radiation in the energy sector.] Moskovskiy gosudarstvennyy inzhenerno-
fizicheskiy institute, 2015 Available at: http://nauchebe. net/2015/01/perspektivy-ispolzovaniya-svch-izluche-niya-v-energetike/ (accessed: 10.09.2017). (In Russ.)
2. Bulat P. V., Bulat M. P., Isakov I. I., Volobuev I. A., Grachev L. P., Denisenko P. V. [Environmentally friendly method of burning gaseous fuel with the use of a quasi-optical microwave beam] Nauchno-tekhnicheskiy vestnik informatsionnykh tekhnologiy, mekhaniki i optiki, 2016, Vol. 16, No 3, P. 513-523. (In Russ.)
3. Kaz'min B. N., Trifanov I. V., Oborina L. I., Ryzhov D. R., Dubova E. D. Sposob sozdaniya elektro-reaktivnoy tyagi [The process of creating electro jet thrust]. Patent RF, no 2567896, 2015.
4. Trifanov I. V., Kaz'min B. N., Oborina L. I., Trifanov V. I. Sposob sozdaniya elektroreaktivnoy tyagi [The way to create thrust electrojet]. A positive decision on the patent, No 2016117685/06, 2016.
5. Obrazovanie i svoystva kation-radikalov [The formation and properties of cation-radicals] Available at: https://vunivere.ru/work17570?screenshots=1 (accessed: 05.09.2017). (In Russ.)
6. Ion-radikaly [Ion-radicals] Available at: http:// www.xumuk.ru/encyklopedia/1750.html (accessed: 05.08.2017). (In Russ.)
7. Gorenie vodoroda [The combustion of hydrogen] Available at: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (accessed: 10.09.2017). (In Russ.)
© Трифанов В. И., Оборина Л. И., Суханова О. А., Трифанов И. В., Снежко А. А., 2017
