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 18-73-00083

НазваниеУстойчивое к условиям низких температур вододизельное микро-эмульгированное топливо

Руководитель Пискунов Максим Владимирович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые слова коллоидная система; обратная эмульсия; эмульгированное топливо; микровзрыв; взрывное дробление; стабилизатор; неионогенные ПАВ; снижение вредных выбросов; плоскостная лазерно-индуцированная флуоресценция; высокоскоростная видеорегистрация.

Код ГРНТИ31.15.00, 30.17.35, 29.17.19

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Актуальность разработки альтернативного микро-эмульгированного вододизельного топлива с вязкостью и стабильностью, контролируемой в широком диапазоне его начальных температур, обусловлена рядом факторов. Обзор научной периодической литературы по рассматриваемой проблематике позволяет утверждать, что нижний порог диапазона температур, при которых могут применяться разработанные многочисленные вододизельные инвертные эмульсии / микроэмульсии, составляет около 10–20 °С. С учетом климатических особенностей многих северных стран (Россия, Канада, США, Норвегия, Швеция, Финляндия, Великобритания и т.д.) проведение исследований с альтернативными топливами при более низких и даже отрицательных температурах носит принципиальный характер как в отношении потенциальной коммерциализации разработки, так и в плане глобального применения. Современные исследования закономерностей и характеристик нагрева, парообразования, зажигания и горения многочисленных эмульгированных и микро-эмульгированных топлив демонстрируют высокий потенциал в отношении увеличения производительности двигателей, снижения расхода топлива и выбросов вредных веществ. Организация крупномасштабного производства топлива в виде эмульсий ограничивается трудоемкостью и дороговизной процесса формирования такого типа топлива. Наиболее важная характеристика альтернативного двухфазного топлива – его стабильность. Важно обеспечить стабильное состояние эмульсии как можно дольше для исключения разделения фаз топлива при работающем двигателе. Одним из возможных путей достижения термодинамической стабильности эмульгированного топлива может быть применение микроэмульсий. В сравнении с дизелем без добавок и эмульсии, и микроэмульсии демонстрируют высокое снижение выбросов NOx и твердых образований. Использование микроэмульсии даже несколько больше способствует снижении выбросов вредных газов. Анализ ведущих международных журналов позволяет заключить, что практически полностью неизученным является поведение эмульсий / микроэмульсий при низких и отрицательных температурах, изменение их физико-химических и реологических свойств, влияние их низких начальных температур на показатели работы двигателя (производительность, расход топлива и количество вредных выбросов). Основной целью проекта является разработка оптимального состава обратной вододизельной микроэмульсии, способного функционировать при низких и отрицательных температурах с сохранением высокой эффективности, предполагающей выполнение взрывной фрагментации распыленных капель топлива в высокотемпературной среде и поддержание показателей работы двигателя (не хуже, чем при использовании дизеля без добавок и обратных эмульсий типа «вода в дизеле»). Научная новизна поставленной задачи заключается в том, что впервые будет разработана микроэмульсия, сформированная с применением уникального неионогенного поверхностно-активного вещества со свойствами антигеля и эмульгатора и способная функционировать в условиях ее низких начальных температур. При этом, планируется изучить влияние низкой температуры микроэмульсии на закономерности и характеристики довольно хорошо изученных явлений паффинга (отрыв одиночных капель и группы капель от родительской капли вследствие интенсивного парообразования низкокипящего компонента – воды) и микровзрыва (полное единовременное разрушение родительской капли микроэмульсии на микроскопические фрагменты), обеспечивающих вторичное распыление топлива при подаче в камеру сгорания двигателя. Последнее представляет одну из причин улучшения показателей работы двигателя (производительность, снижение расхода топлива и количества вредных выбросов). Кроме того, важно исследовать влияние снижения начальной температуры ряда потенциальных топливных композиций на реологические свойства продукта. Интересным является изучение негативных последствий понижения температуры ниже некоторого критического значения, характеризуемого началом кристаллизации низкокипящего компонента микроэмульсии и формированием суспензии кристаллов льда, а также выделение влияния указанных процессов на эффективность эмульсии, т.е. склонность к вторичному распылению. Решение указанной проблемы позволит сделать качественные и количественные оценки потенциала использования микро-эмульгированного топлива в условиях низких температур. Основные ожидаемые результаты выполнения проектных исследований: – разработка стабилизатора микро-эмульгированных вододизельных топлив со свойствами антигеля и эмульгатора, обеспечивающего высокую эффективность топлива при низких и отрицательных температурах среды; – установление основных зависимостей последствий взрывного разрушения (паффинга и микровзрыва) капель микроэмульсии от свойств и характеристик разработанного стабилизатора; – выделение влияния начальной температуры капли микроэмульсии, температуры нагрева, а также способа подачи теплоты к капле на характеристики паффинга и микровзрыва; – определение закономерностей режимов разрушения капель микроэмульсий с учетом варьирования параметров исследуемой системы; – выделение основных факторов, влияющих на интенсивность взрывного разрушения капель микроэмульсий; – установление (с использованием оптического метода плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции) механизма прогрева и перегрева дисперсной низкокипящей фазы капли микроэмульсии, следствием которого является взрывное разрушение капли с отделением мелкодисперсных фрагментов (паффинг) или полным единовременным взрывом (микровзрыв); – определение характерных значений перегрева воды в капле топлива; – выделение особенностей динамики и эволюции пузырьков водяного пара при нагреве капли обратной микроэмульсии или эмульсии; – установление масштаба снижения количества вредных выбросов при использовании сформированных обратных микроэмульсий и эмульсий типа вода в дизеле, стабилизированных разработанным ПАВ; – демонстрация разницы в количестве вредных выбросов при сжигании группы капель обратных микроэмульсии и эмульсии при одинаковом объеме дизельной составляющей альтернативного топлива; – обобщение (с использованием безразмерных критериев и соответствующих зависимостей) результатов экспериментальных исследований характеристик взрывного разрушения капель сформированного альтернативного топлива при температурах ниже 10–20 °С с учетом сравнения с существующими выводами в отношении эффектов паффинга и микровзрыва обратных эмульсий / микроэмульсий типа вода в дизеле; – рекомендации практического использования полученных результатов с учетом возможности коммерциализации разработки; – магистерская диссертация члена научного коллектива; – апробация полученных результатов в виде статей в высокорейтинговых (1 и 2 квартиль Web of Science) международных профильных рецензируемых журналах по тепломассопереносу, физической химии и топливной тематике, а также докладов на крупных конференциях и симпозиумах.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---