Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева совместно с коллегами из Лундского университета (Швеция) провели серию расчетов и экспериментов, доказавших возможность использования в качестве авиационного топлива смесей керосина и этанола, получаемого из возобновляемых источников. Работы проводились в рамках Федеральной целевой программы по теме научного исследования «Разработка и валидация методов моделирования экологических характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей на основе детальной химической кинетики окисления суррогатов керосина». Итоговые результаты как теоретических исследований, так и проведенных экспериментов опубликованы в одном из наиболее авторитетных в мире научных журналов в области физики и химии горения — Combustion and Flame.
Использование смесей керосина и биотоплива должно в перспективе удешевить стоимость заправки авиатранспорта и улучшить его экологичность. По данным Аргоннской национальной лаборатории (старейшего национального исследовательского центра Министерства энергетики США), даже 10-процентное содержание этанола в топливной смеси снижает выбросы парниковых газов в атмосферу на 12-19% по сравнению с выбросами от обычного бензина.
«Наша совместная с самарскими коллегами работа была посвящена исследованию добавок, смесей компонентов керосина с этанолом», — рассказал профессор Лундского университета Александр Коннов. — Этанол — это биотопливо, и для того, чтобы постепенно переходить к восстанавливаемым источникам энергии, нужно знать, как будут гореть такие смеси, насколько они подходят для существующих устройств горения. Нельзя взять вместо керосина и использовать один лишь этанол, а вот смеси — вполне возможно. Сейчас в Европейском Союзе не только допускается, но и рекомендуется до 5% этанола добавлять во все бензины для автомобилей. Мы работаем прежде всего над авиатехнологиями, и пытаемся увеличить процентное содержание добавок биотоплива в авиационный керосин».
Как отметил научный руководитель направления «Процессы горения в камерах сгорания» НОЦ газодинамических исследований Самарского университета, к.т.н Сергей Матвеев, глобальная цель проекта — найти методы повышения эффективности проектирования и доводки двигателей, в частности, авиационных газотурбинных. Но сама методология исследования может быть использована в самых разных отраслях — от теплоэнергетики до двигателей внутреннего сгорания. Главное — качественное моделирование экологических характеристик двигателя», — пояснил Сергей Матвеев.
Для проведения расчетов ученые задействовали мощности суперкомпьютеров, кроме того в Самарском университете во взаимодействии с коллегами из Швеции и Голландии была создана специальная установка «Heat Flux» по определению нормальной скорости распространения пламени, в мире существует всего несколько подобных установок. На «Heat Flux» была проведена большая часть экспериментальных работ.
По словам профессора Александра Коннова, разработанная учеными химическая модель горения смеси керосина и различных биотоплив позволит найти оптимальный вариант топливных смесей, обладающих всеми необходимыми свойствами керосина, но включающих в себя биотопливо.
«Эту модель смогут использовать инженеры, которые занимаются разработкой авиадвигателей. Они будут включать эту модель в свои расчеты, чтобы правильно рассчитывать рабочий процесс в камерах сгорания, их эффективность и т.д. Мы обеспечим их нашей химической моделью, а они будут разрабатывать уже конкретные устройства», — заключил ученый.