Томские ученые разработали алгоритм, способный предсказывать поведение самовоспламеняющегося топлива с погрешностью до 15%. Разработка позволит проектировать более надежные двигатели для аэрокосмических систем аварийного старта, где время задержки воспламенения критически влияет на успех миссии.
Когда топливу не нужна искра
До недавнего времени существующие алгоритмы не могли надежно прогнозировать ключевые параметры процесса самовоспламенения. Это создавало риски при проектировании реальных устройств.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами из МИСиС разработали новую математическую модель. Она детально описывает процесс зажигания самовоспламеняющегося топлива и в отличие от предыдущих аналогов охватывает всю совокупность физических и химических превращений.
Проверка проводилась на топливной паре: тетраметилэтилендиамин (TMEDA), загущенный 5 мас. % диоксида кремния, и окислитель — высококонцентрированная азотная кислота. Размер капель варьировался от 1 до 3 мм, а начальная температура компонентов — от 10 до 30°C. В ходе экспериментов регистрировались время задержки воспламенения и температура в зоне горения.
Погрешность в пределах нормы
Сравнение расчетных данных с реальными замерами показало высокую сходимость. Расхождение при изменении размера капель не превысило 15%, при колебаниях температуры — 10%.
«Нам удалось создать целостный математический аппарат, объединяющий физико-химические процессы в конденсированной и газовой фазах топлива. Анализ показал, что модель предсказывает поведение системы с удовлетворительной точностью. Повышение точности расчетов критически важно для практического применения самовоспламеняющихся топливных систем», — поясняет доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Ольга Высокоморная.
Новизна разработки в том, что модель учитывает одновременно несколько явлений: теплообмен между компонентами, фазовый переход, диффузию паров и химические реакции в конденсированной и газовой средах. Технология ТПУ позволяет регистрировать температурные и концентрационные поля в реальном времени и устанавливать зависимости между ними.
Кстати
В ходе работы ученые выявили важные закономерности. Скорость испарения при увеличении начального размера капель растет лавинообразно. Обнаружено критическое значение начального размера капли — около 3 мм: при его превышении время задержки воспламенения практически перестает меняться. В будущем технология может стать основой проектирования более безопасных и управляемых самовоспламеняющихся топливных систем.
Подписывайтесь на АиФ в  MAX
|
