Лаборатория «Физика и химия горения»

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.