Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
14.Y26.31.0020
Период реализации проекта
2017-2021

По данным на 01.11.2022

18
Количество специалистов
55
научных публикаций
6
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Загрязнение окружающей среды - одна из важнейших проблем современности. Эта проблема усугубляется с ростом производства энергии: около 80% потребляемой энергии в мире производится различными энергетическими установками, использующими углеводородное топливо. Они вносят основной вклад в суммарную долю вредных выбросов. В современном мире экологический фактор существенно влияет на конкурентоспособность вновь создаваемой продукции. Традиционные подходы позволяют лишь в некоторой степени повышать экономичность и снижать долю вредных выбросов. Сотрудники лаборатории ищут прорывные решения этих проблем в получении новых знаний о детальных механизмах элементарных атомно-молекулярных процессов, участвующих в образовании и распаде вредных выбросов, в инициировании и поддержании горения в камерах сгорания различных типов энергогенерирующих установок, включая двигатели внутреннего сгорания, дизели, газовые турбины, авиационные и ракетные двигатели.

Название проекта: Разработки физически обоснованных моделей горения

Цели и задачи

Направления исследований: Физика и химия горения, квантовая химия, энергетика и рациональное природопользование

Цель проекта: Разработка физически обоснованных моделей горения на основе получения новых спектроскопических и кинетических данных о химических процессах горения и характеристик пламен

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  1. На основе результатов экспериментов и теоретических расчетов предложен новый механизм роста ПАУ, «отрыв водорода – присоединение винилацетилена» (HAVA).
  2. Разработана кинетическая модель образования и окисления сажи в условиях горения, включающая константы более 100 наиболее важных реакций, многие из которых были найдены в научном исследовании с использованием новейших методов квантовой химии и статистической физики высокого уровня и точности. Результаты исследований необходимы для разработки перспективных технологий сжигания углеводородных топлив с низкой эмиссией сажевых частиц.
  3. Впервые в продуктах реакции радикала фенила с винилацетиленом экспериментально обнаружена молекула ПАУ - нафталин - при условиях горения с использованием высокотемпературного микрореактора. Продукты реакции были определены методом вакуумно-ультрафиолетовой фотоионизационной масс-спектрометрии.
    Найдена одна из стартовых реакций, запускающая процесс образования наночастиц, сажи и углеродной пыли в камерах сгорания двигателей и в молекулярных облаках галактик.
  4. На основе данных полученных в ходе лабораторных экспериментов и теоретических изысканий предложен и обоснован унифицированный механизм синтеза аценов, гелиценов и фенаценов в газовой фазе при низких температурах.
  5. Представлены убедительные доказательства образования самого первого строительного блока ПАУ - бензола - посредством димеризации двух резонансно-стабилизированных пропаргильных (C3H3) радикалов.
  6. С использованием лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) получены температурные зависимости констант скоростей деактивации электронно-возбужденной молекулы кислорода (1.63 эВ) компонентами топливно-воздушных смесей (азот, углекислый газ, вода, кислород, метан, этилен и окислы азота) в интервале температур Т=300–800 K.
  7. Создана уникальная научная установка мирового уровня - молекулярно-пучковый масс-спектрометр с однофотонной ионизацией вакуумным ультрафиолетовым излучением;
    Раскрыты механизмы роста и окисления полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) как прекурсоров частиц сажи в условиях горения и космоса на основе высокоуровневых квантово-химических расчетных методов, а также определение кинетических констант процессов протекающих в экстремальных условиях (горение, межзвездная среда) с применением развитой теории переходного состояния.

Внедрение результатов исследования:

  • АО «Металлист-Самара»: в рамках софинансирования мегагранта передана отчетная документация, включающая конструкторскую документацию на горелочное устройство с плазменным инициированием.

  • АО «Металлист-Самара»: разработка алгоритма и выполнение расчетов рабочего процесса сжигания топлива в камере сгорания TRENT60 DLE.

  • ПАО «Кузнецов»: за счет средств внебюджетного финансирования предложена и изготовлена новая горелка, обеспечивающая снижение расхода топлива за счёт сжигания обеднённых предварительно подготовленных топливовоздушных смесей.

  • АО «Объединенная двигателестроительная корпорация»: создание научно-технического задела по расчётно-экспериментальному обоснованию выбора суррогата авиационного керосина марки ТС-1 для моделирования рабочего процесса в камерах сгорания газотурбинных двигателей.

Образование и переподготовка кадров:

  • Организованы международные стажировки для аспирантов и молодых ученых в Лундском университете (Швеция), Международном университете Флориды (США), Гавайском университете (США), Университете Эмори (США).

  • Начиная с 2017 года, лаборатория ежегодно проводит Летнюю международную научную школу «Современные методы квантовой химии в приложениях» (Самара, 2017- 2020 гг.).

  • Разработано учебное пособие «Кинетика элементарных процессов в газах».

  • Создано более 10 новых образовательных программ по направлению научного исследования («Физика и химия горения и взрыва», «Кинетика элементарных процессов», «Методы квантовой физической химии» и др.).

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создана новая специализация на физическом факультете Самарского университета –«Химическая физика, физика и химия атомно-молекулярных процессов».

Другие результаты:

  • Выполнены в рамках софинансирования мегагранта НИР на темы: «Разработка перспективных технологий повышения эффективности горения топлив для газотурбинных двигателей и энергетических установок», «Разработка и валидация методов моделирования экологических характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей на основе детальной химической кинетики окисления суррогатов керосина (этап 2016 года)», «Совершенствование рабочего процесса камеры сгорания двигателя газотурбовоза для повышения его экономичности».
  • Проведена X Международная научно-техническая конференция «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей» (Самара, 2017 г.).

  • Проведена первая Международная конференции «Физика и химия горения» (Самара, 2018 г.).

Сотрудничество:

  • Гавайский университет (США): совместные исследования и проектирование экспериментальной установки.

  • Университет Эмори (США), Международный университет Флориды (США), Лундский университет (Швеция): совместные исследования и научные обмены.

Скрыть Показать полностью
Porfiriev D.P., Azyazov V.N., & Mebel A.M.
Mechanism and kinetics of the oxidation of 1, 3-butadien-1-yl (n-C4H5): a theoretical study. PCCP, 2021, Vol. 23, # 15, p. 9198-9210.
Kaiser R.I., Zhao L., Lu W., Ahmed M., Zagidullin M.V., Azyazov V.N., Mebel A.M.
Formation of Benzene and Naphthalene through Cyclopentadienyl-Mediated Radical–Radical Reactions. J. Phys. Chem. Lett., 2021, Vol. 13, # 1, p. 208-213.
Zhao L., Kaiser, R. I., Xu, B., Ablikim, U., Ahmed, M., Evseev, M. M., Bashkirov E. K., Azyazov V.N., Mebel, A. M.
A unified mechanism on the formation of acenes, helicenes, and phenacenes in the gas phase. Angewandte Chemie International Edition (2020), 59(10), 4051-4058.
Zagidullin M.V., Khvatov N.A., Medvedkov I.A., Tolstov G.I., Mebel A.M., Heaven M.C., Azyazov V.N.
O2(b1Σg+) Quenching by O2, CO2, H2O, and N2 at Temperatures of 300–800 K. The Journal of Physical Chemistry A (2017), 121(39), 7343–7348
Savchenkova, A. S., Semenikhin, A. S., Chechet, I. V., Matveev, S. G., Mebel, A. M., & Konnov, A. A.
Revisiting diacetyl and acetic acid flames: The role of the ketene + OH reaction. Combustion and Flame (2020), 218, 28-41.
Zhao L., Kaiser R.I., Xu B., Ablikim U., Ahmed M., Zagidullin M.V., Azyazov V.N., Howlader A.H., Wnuk S.F., Mebel A. M.
VUV Photoionization Study of the Formation of the Simplest Polycyclic Aromatic Hydrocarbon: Naphthalene (C10H8). The Journal of Physical Chemistry Letters 9(10): 2620-2626 (2018).
Новости лаборатории
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Многофазные прецизионные технологии

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН - (ИТ СО РАН)

Энергетика и рациональное природопользование

Новосибирск

Сажин Сергей Степанович

Великобритания

2024-2028

Лаборатория металлогидридных энерготехнологий

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН - (ФИЦ ПХФ и МХ)

Энергетика и рациональное природопользование

Черноголовка

Лотоцкий Михаил Владимирович

Украина, Южная Африка

2022-2024

Лаборатория рециклинга отходов твердотопливной энергетики

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М И. Платова - (ЮРГПУ (НПИ))

Энергетика и рациональное природопользование

Новочеркасск

Чаудхари Сандип

Индия

2022-2024