Горение и детонация вспененных эмульсий: фундаментальное исследование и применение на практике

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-19-01392

НазваниеГорение и детонация вспененных эмульсий: фундаментальное исследование и применение на практике

Руководитель Кичатов Борис Викторович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова вспененная эмульсия, динамика дисперсных сред, воспламенение, нестационарное горение, скорость пламени, погасание пламени, ускорение пламени, переход в детонацию, ударные волны, испарение и кипение, физическое и численное моделирование

Код ГРНТИ30.51.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках проекта будут решены принципиальные задачи горения вспененных эмульсий, благодаря своим уникальным свойствам являющихся перспективной основой для разработки нового вида топлива на базе водонасыщенных углеводородов, в том числе для перспективных портативных источников энергии. Использование особенностей горения вспененных эмульсий представляет важность в задачах сжигания водонасыщенной нефти непосредственно в качестве топлива, минуя стадию разделения воды и углеводородов, в задачах утилизации разлитой на поверхности воды нефти, а так же при синтезе термодинамически нестабильных химических соединений путем парциального окисления углеводородов. Горючая вспененная эмульсия представляет собою смесь микропузырей кислорода и капель углеводородного топлива, распределенных в водной матрице. Подобные системы обладают рядом уникальных свойств, например, во вспененной эмульсии, содержащей 95% по массе воды, все еще могут реализовываться самоподдерживаемые режимы распространения пламени, что существенно расширяет пределы горения водонасыщенных углеводородных топлив. При этом пламя может распространяться в различных режимах, включая квазистационарное распространение, распространение с ускорением, режим воспламенения-погасания и переход дозвукового горения в детонацию. Скорость распространения пламени в таких средах определяется в первую очередь не диффузией активных центров и/или теплопередачей, а интенсивностью выброса реагирующей смеси при взрывном вскипании жидкой фазы пены. Это новый механизм распространения и ускорения пламени, который существенно отличается от ранее известных и требует детального экспериментального и расчетно-теоретического исследования. В рамках проекта предполагается разработка математических моделей и сопровождаемое специально поставленными экспериментами расчетно-теоретическое исследование динамики распространения фронта пламени во вспененных эмульсиях, включая исследование условий воспламенения и погасания пламени в пене, устойчивости различных режимов распространения пламени, ускорения пламени и перехода к детонации. Математическое моделирование исследуемых процессов позволит детализировать физико-химические процессы и выявить оптимальные составы, обеспечивающие стабильность пены и требуемых режимов горения. При этом специализированное экспериментальное сопровождение, теоретический анализ и сравнение расчетно-теоретических и экспериментальных данных обеспечит адекватность численного воспроизведения основных закономерностей развития динамических процессов в горючих вспененных эмульсиях. В частности в процессе выполнения проекта будет исследовано влияния микро- и наноразмерных твердых частиц, вязкости водной матрицы, типа углеводорода (алифатические, ароматические, циклоалканы), добавок водорода, а также типов стабилизаторов пены (анионный, катионный и неионогенный) на стабильность пены и скорость распространения пламени в ней. Теоретический анализ исследуемых процессов будет проводиться путем развития феноменологических подходов, на основании которых будут разработаны математические модели и методы компьютерного моделирования динамики реагирующих дисперсных сред в континуальном приближении с учетом распада пены, горения капель горючего в атмосфере кислорода, испарения капель воды, возможности взрывного вскипания жидкости. В результате выполнения работ по проекту предполагается разработать научные основы для создания водонасыщенных углеводородных топлив на базе вспененных эмульсий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Киверин А.Д., Яковенко И.С., Коршунов А.М., Кичатов Б.В. Numerical model of the combustible foamed emulsion Work in Progress Poster (WiPP) abstracts for the 37th International Symposium on Combustion, 1P206 (ID: 16837) (год публикации - 2018)

2. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д. Combustion of the foamed emulsion containing biochar microparticles Fuel, 228, 164-174 (год публикации - 2018)
10.1016/j.fuel.2018.04.123

3. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д. Combustion of foamed emulsion with a high content of water Proceedings of the Combustion Institute (год публикации - 2019)
10.1016/j.proci.2018.08.007

4. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д., Коршунова Е.Е. Combustion of foamed emulsion containing biochar microparticles: Foam as a medium for incomplete hydrocarbons oxidation Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2018)

5. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Коршунова Е.Е., Киверин А.Д. Combustion of foamed emulsions containing biochar microparticles: Foam as a medium for incomplete oxidation of hydrocarbons XXXIII International Conference on Equations of State for Matter. Book of Abstracts. Moscow & Chernogolovka & Nalchik., p. 195 (год публикации - 2018)

6. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д., Коршунова Е.Е. Медленный режим распространения пламени в горючей вспененной эмульсии ГОРЕНИЕ И ВЗРЫВ, Т. 11, № 2, 2018, С: 99-107 (год публикации - 2018)
10.30826/CE18110213

7. Коршунов А.М., Голубков А.Д., Коршунова Е.Е. Горение вспененной эмульсионно-суспензионной смеси на основе изооктана и частиц древесного угля Всероссийская конференция молодых ученых-механиков (YSM-2018), С. 101 (год публикации - 2018)

8. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д., Яковенко И.С. Experimental and Numerical Study of Flame Propagation in Heptane-Based Foamed Emulsion Proceedings of Fifteenth International Conference on Flow Dynamics, Institute of Fluid Science, Tohoku University, Sendai, Japan, P. 252-253, OS2-20 (год публикации - 2018)

9. Киверин А.Д., Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Яковенко И.С. Deflagration-to-Detonation Transition in Foamed Emulsion Bubbled with Hydrogen-Oxygen Mixture Proceedings of Fifteenth International Conference on Flow Dynamics, Institute of Fluid Science, Tohoku University, Sendai, Japan, P. 350-351, OS2-69 (год публикации - 2018)

10. Яковенко И.С., Киверин А.Д., Коршунов А.М., Кичатов Б.В. Пределы горения вспененной эмульсии с высоким содержанием воды Письма в ЖТФ, том 45, вып. 24? c. 25-28 (год публикации - 2019)
10.21883/PJTF.2019.24.48798.18010

11. Кичатов Б., Коршунов А., Киверин А., Яковенко И., Губернов В., Хомик С.В., Медведев С.П. Detonation in the hydrogen-oxygen microfoam on the aqueous base International Journal of Hydrogen Energy, V. 44, Is. 59, P. 31567-31578 (год публикации - 2019)
10.1016/j.ijhydene.2019.10.049

12. Кичатов Б., Коршунов А., Киверин А., Медвецкая Н. Combustion of foamed emulsion prepared via bubbling of oxygen-nitrogengaseous mixture through the oil-in-water emulsion Fuel Processing Technology, 186, 25-34 (год публикации - 2019)
10.1016/j.fuproc.2018.12.019

13. Кичатов Б., Коршунов А., Губернов В., Киверин А., Яковенко И. Combustion of heptane-in-water emulsion foamed with hydrogen-oxygen mixture Fuel Processing Technology, V. 198, 106230 (год публикации - 2020)
10.1016/j.fuproc.2019.106230

14. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д. Детонация в водородо-кислородной микропене Тезисы XVI Всероссийского семинара с международным участием «Динамика Многофазных Сред» (год публикации - 2019)

15. Кичатов Б., Киверин А., Яковенко И., Коршунов А. Flame Acceleration in the Hydrogen-based Microfoam Proceedings of the 27th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems, Proceedings of the 27th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems, Paper 211 (год публикации - 2019)

16. Киверин А., Яковенко И., Коршунов А., Кичатов Б. Flame acceleration and transition to detonation in hydrogen-based microfoams and foamed emulsions Book of Abstracts of 17th International Conference on Numerical Combustion, Book of Abstracts, p. 76. (год публикации - 2019)

17. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д., Медведев С.П., Хомик С.В., Яковенко И.С. УСКОРЕНИЕ ПЛАМЕНИ И ПЕРЕХОД ГОРЕНИЯ В ДЕТОНАЦИЮ В ВОДОРОДНЫХ МИКРОПЕНАХ Труды VI Минского международного коллоквиума по физике ударных волн, горению и детонации (год публикации - 2019)

18. Кичатов Б.В,, Коршунов А.М., Киверин А.Д., Савельев А.С. The role of explosive boiling in the process of foamed emulsion combustion International Journal of Heat and Mass Transfer, 119C (2018) pp. 199-207 (год публикации - 2018)

19. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д., Иванов М.Ф. Классификация режимов горения вспененной эмульсии Сборник докладов V Минского Международного коллоквиума по физике ударных волн, горения и детонации, С. 79-82 (год публикации - 2017)

20. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д., Иванов М.Ф. Combustion of Hydrocarbons-based Foamed Emulsions Proceedings of Fourteenth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2017), p. 188-189 (год публикации - 2017)

21. Кичатов Б.В., Коршунов А.М., Киверин А.Д., Иванов М.Ф. Effect of ultrasonic emulsification on the combustion of foamed emulsions Fuel Processing Technology, 169, 178-190 (год публикации - 2018)
10.1016/j.fuproc.2017.10.001

Публикации