Катионная химия горения углеводородов: экспериментальное исследование и разработка предсказательной модели
Ионы в пламени молекулярно-пучковая масс-спектрометрия хемоионизация электрический ток в пламени ион-молекулярные реакции в пламени катионная структура пламени
Актуальность исследования ионной химии в пламени обусловлена растущей потребностью в новых технологиях управления процессами горения с применением электрического поля, различных форм газового разряда, неравновесной плазмы. Однако в традиционных исследованиях систем с плазменно-стимулированным горением или горением в присутствии электрического поля детальные механизмы химических реакций с участием заряженных частиц обычно не рассматриваются ввиду недостаточной изученности ионной химии в пламенах. Обусловлено это отсутствием полноценных экспериментальных данных о кинетике ион-молекулярных реакций в пламени. Знание кинетики образования ионов при горении углеводородных топлив также имеет большое значение для создания новых методов диагностики процессов горения. Данный проект направлен на разработку детальной  модели химической кинетики реакций образования катионов и их взаимодействия с нейтральными молекулами при горении углеводородов. Научная новизна исследования определяется тем, что будет разработана  модель, способная достоверно описывать (как качественно, так и количественно) образование катионов при горении углеводородов, которые являются основными компонентами использующихся на практике топлив (природного газа, сжиженного нефтяного газа, первичного эталонного топлива). В проекте планируется использовать метод молекулярно-пучковой масс-спектрометрии (МПМС), чтобы впервые получить необходимый для построения такой модели обширный набор количественных данных о катионном составе продуктов горения таких углеводородов, как метан, этан, пропан, бутан, изобутан, н-гептан, толуол, изооктан. Будут проведены измерения пространственного распределения катионов, образующихся в одномерных  предварительно перемешанных пламёнах, стабилизированных на плоской горелке при атмосферном давлении.  Будет проведено численное моделирование катионной структуры изучаемых пламен с использованием разработанного детального механизма ион-молекулярных реакций, а предсказательная способность механизма будет оцениваться на основе сравнительного анализа результатов моделирования и  экспериментальных данных. Анализ скоростей образования/расходования катионов и анализ чувствительности позволят выявить основные пути реакций, по которым образуются и расходуются катионы в различных условиях и для различных топлив. Ввиду того, что константы скорости реакций между ионами и нейтральными молекулами на несколько порядков величины превышают константы скорости реакций между нейтральными соединениями, по ион-молекулярным реакциям быстро устанавливается равновесие. Это означает, что точность используемых термохимических параметров катионов, включенных в модель, имеет решающее значение, поскольку от этого зависит точность определения константы равновесия ион-молекулярных реакций. В связи с этим особое внимание в проекте планируется уделить расчетам термохимических параметров катионов методами квантовой химии. В целом, реализация данного проекта позволит сделать существенный шаг в понимании химии заряженных частиц в пламени и в продвижении к эффективным методам управления горением и к чистой энергетике.
Разработанная на совокупности полученных экспериментальных и расчётных данных химико-кинетическая модель будет наиболее совершенной по современным представлениям и позволит надежно предсказывать превращения катионов при горении исследованных углеводородов.  Она может быть непосредственно использована инженерами-разработчиками для проведения высокопроизводительных расчетов процессов горения стимулированных плазмой или электрическим полем в камерах сгорания реальных устройств (двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины и т.п.) , где в качестве топлива используется природный газ, сжиженный нефтяной газ, керосин, бензин или дизельное топливо.
Денис
Князьков
Анатольевич
Старший научный сотрудник
Кандидат физико-математических наук
Отсутствует
V-6724-2018
15055998200
127510
0000-0002-6819-4935
РОССИЯ
Александра
Пыряева
Павловна
Ученый секретарь
РОССИЯ
31.15.27
Кинетика. Гомогенный катализ. Горение. Взрывы
01.04.EI
CHEMISTRY, PHYSICAL
Денис
Князьков
Анатольевич
РОССИЯ
Артем
Дмитриев
Михайлович
РОССИЯ
Ксения
Осипова
Николаевна
РОССИЯ
Андрей
Черепанов
Вячеславович
РОССИЯ
РНФ
Российский научный фонд
1137799022261
Организация
Организации, учрежденные юридическими лицами или гражданами, или юридическими лицами и гражданами совместно
Фонды
ИХКГ СО РАН
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ И ГОРЕНИЯ ИМ. В.В. ВОЕВОДСКОГО СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
1025403648445
АНДРЕЙ
ОНИЩУК
АЛЕКСАНДРОВИЧ
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные бюджетные учреждения