Учёные ММФ ТГУ провели исследования нового горелочного устройства, созданного в Институте теплофизики СО РАН, которое предназначено для эффективного бессажевого сжигания тяжёлого углеводородного топлива с паровой газификацией. В результате съёмок пламени инфракрасной камерой они впервые зарегистрировали особые пульсации температуры, которые влияют на эффективность работы устройства.
— Горение с паровой газификацией — явление, встречающееся только в технических устройствах, и его механизмы до конца не изучены. Однако доказано, что паровая газификация позволяет улучшить полноту сгорания тяжелых топлив, что приводит к снижению содержания сажи и вредных компонентов в продуктах сгорания, — объясняет Егор Лобода, заведующий кафедрой физической и вычислительной механики ММФ ТГУ. — Для исследования пламени мы применяли метод инфракрасной термографии, который в мире широко используется для тепловых измерений, неразрушающего контроля и тому подобного для твердых непрозрачных объектов.
Обычно в случае с пламенем эти подходы работают плохо и с большой погрешностью, так как пламя является движущейся полупрозрачной газообразной средой, в которой происходят химические реакции со значительным выделением тепла. Однако уникальные, разработанные в ТГУ методы бесконтактной диагностики пламени позволяют получить термодинамические характеристики пламени с хорошим пространственным и временным разрешением с минимальными затратами времени.
Исследованием характеристик факела занимались сотрудники лаборатории физико-математических и оптических исследований природных пожаров и внешних задач механики реагирующих сред ММФ совместно с коллегами из Института теплофизики СО РАН. Во время работы горелки сотрудники ТГУ провели диагностику факела пламени со скоростью 550 кадров в секунду с помощью инфракрасной камеры научного класса JADE J530SB. Это позволило выявить и визуализировать тепловые характеристики при разных режимах подачи топлива и пара.
— Самое главное, чего раньше не регистрировали, — это наличие определенных пульсаций температуры с определенной частотой, которые появляются при некоторых режимах работы горелки. Природа этих пульсаций пока непонятна, — говорит Егор Лобода. — Мы их впервые с коллегами из института обнаружили и пока выводы делать рано, но очевидно, что они связаны с режимами подачи топлива и пара и влияют на конечную эффективность работы устройства.
Учёные отмечают, что горение углеводородного топлива с паровой газификацией существенно отличается от других видов горения. Наиболее распространенное горение в природе — это диффузионное, когда окислитель в зону горения поступает за счет диффузии и перемешивания струи горящего топлива с окружающей атмосферой (костер, пожар и т.п.). В случае горения с паровой газификацией происходят сложные, не изученные до конца процессы, которые сопровождаются разложением молекул воды и многостадийными реакциями окисления.
В перспективе горелочное устройство, созданное в Институте теплофизики СО РАН, должно быть доработано до промышленного образца и может использоваться на тепловых станциях для получения тепла и электроэнергии из отработанных ГСМ, тяжёлых и некондиционных углеводородных жидкостей с очень низким содержанием вредных компонентов в выбросах в атмосферу.