Ученые в Самаре запустили самую большую в мире установку по изучению процессов горения в двигателях
"В Самарском университете им. Королева запущена экспериментальная установка для изучения реакционной динамики и кинетики процессов горения, на сегодняшний момент это одна из самых передовых установок подобного типа в мире. Уже начата серия первых экспериментов. Группа молодых ученых под руководством профессора Валерия Азязова проводит исследования по окислению и разрушению сажи при температурах до 1500 кельвинов, главная цель — минимизировать образование сажи при сгорании топлива, — рассказал первый проректор — проректор по научно-исследовательской работе Самарского университета Андрей Прокофьев. — Результаты экспериментов на этой установке в перспективе позволят сказать новое слово в двигателестроении и будут использоваться при разработке более эффективного и экологичного "сердца" отечественных авиационных двигателей — камеры сгорания, которая по своим характеристикам будет конкурентоспособной мировым аналогам или даже будет превосходить их, отвечая актуальным задачам импортозамещения".
Как отметил Андрей Прокофьев, кроме самарской существует еще одна подобная установка, но по сути предыдущего поколения в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Размер установки немаловажен, поскольку позволяет повысить чувствительность установки за счет размещения в ней большого числа регистрирующей научной аппаратуры. Благодаря этому удается значительно повысить избирательность и чувствительность определения продуктов реакций, что, в свою очередь, позволяет создавать более точные модели процессов горения и лучше понимать, что нужно сделать, чтобы увеличить эффективность сгорания топлива, уменьшив при этом вредные выбросы.
"Интерес к проведению совместных экспериментов на самарской установке уже проявили ряд ведущих университетов России, и Самарский университет готов к сотрудничеству с учеными из нашей страны и зарубежья", — подчеркнул Андрей Прокофьев.
Об установке
Установка разработана и собрана в международной научной лаборатории Самарского университета им. Королева "Физика и химия горения" в рамках мегагранта правительства РФ "Разработка физически обоснованных моделей горения".
Создание установки велось с 2017 года под руководством профессора Международного университета Флориды (США) Александра Мебеля. Под компоненты установки и дополнительное оборудование в лаборатории был выделен целый зал, хотя главная авансцена для экспериментов — вакуумная камера — размерами примерно метра два в длину и метр в высоту. Вес камеры — полторы тонны, и чтобы поднять ее в лабораторию университета на третий этаж, в свое время был задействован строительный кран. Поскольку установка работает при сверхвысоком вакууме, то, по словам сотрудников лаборатории, к ее сборке предъявлялись требования как для глубоководных или космических аппаратов — чтобы все соединения были абсолютно герметичны.
В конце 2021 года работы по созданию установки были завершены, после чего ученые несколько месяцев занимались калибровкой оборудования и подготовкой к проведению первых экспериментов.
"Сердце" установки — высокотемпературный химический микрореактор в виде тоненькой керамической трубки, которая нагревается до 1500 кельвинов. Длина трубки — 20 мм, внутренний диаметр — 1 мм. Во время экспериментов в эту трубку поступает газовая смесь изучаемых реагентов, разбавленная инертным газом.
В раскаленном микрореакторе инициируются химические реакции, продукты которых в виде молекулярного пучка подаются далее в сверхвысоковакуумную камеру и ионизируются вакуумным ультрафиолетовым излучением, после чего масс-спектрометр, "поймав" получившиеся ионы, очень точно определяет массовый и изомерный состав продуктов, образовавшихся в результате химической реакции.
"Экспериментальная установка обладает рядом уникальных особенностей, с ее помощью можно исследовать и моделировать не только процессы в камерах сгорания двигателей, но и химические реакции, характерные для глубокого космоса. Она сконструирована таким образом, что на ее базе в будущем можно проводить эксперименты со скрещенными молекулярными пучками, благодаря чему ученые могут исследовать химические реакции, происходящие в космических молекулярных облаках, — сообщил Валерий Азязов. — Эти эксперименты позволят лучше понять химическую эволюцию Вселенной и, возможно, пути происхождения самой жизни — ведь, как известно, многие биологически важные молекулы — такие, как аминокислоты — могут синтезироваться в космосе на поверхности звездных пылинок, образованных из молекул полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). На Земле ПАУ входят в число вредных загрязнителей и присутствуют в выхлопах любого двигателя на углеводородном топливе".