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

Приглашенный ученый Мебель Александр Моисеевич США, Россия
Номер договора
14.Y26.31.0020
Период реализации проекта
2017-2021

По данным на 30.01.2020

38
Количество специалистов
8
научных публикаций
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

Приоритет СНТР: б


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:

  • Предложен новый механизм роста полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), «отрыв водорода – присоединение винилацетилена». Новый механизм верифицирован экспериментами в химическом микрореакторе совместно с компьютерным моделированием газовой динамики и химической кинетики внутри микрореактора в сотрудничестве с Гавайским университетом (США), Международным университетом Флориды (США) и национальной лабораторией им. Лоуренса в Беркли (США). Показана применимость механизма «отрыва водорода – присоединения винилацетилена» к образованию сложных ПАУ в условиях предельно низких температур, в частности, в атмосфере спутника Сатурна Титана и в молекулярных облаках в межзвездной среде.
  • 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. Раскрыты основные гетерогенные реакционные схемы, ведущие к уменьшению размеров сажи: формирование оксирадикалов на поверхности и их распад; образование на поверхности трудно окисляемых пятичленных колец (С5) и их окисление преимущественно атомарным кислородом. Идентифицировано, что последний процесс является лимитирующим в кинетике окисления сажи в пламенах. Новая модель успешно воспроизвела экспериментальные данные по измерениям динамики сажеобразования в ударной трубе при высоких температурах горения. Научное исследование выполнено в сотрудничестве с учеными Калифорнийского университета в Беркли (США), Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и Международного университета Флориды (США). Результаты исследований необходимы для разработки перспективных технологий сжигания углеводородных топлив с низкой эмиссией сажевых частиц.
  • 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. Результаты расчетов, полученных с использованием квантовой химии, химической кинетики и расчетной газодинамики, позволили объяснить и количественно описать экспериментальные результаты и выявить, что при температурах горения нафталин образуется в двухшаговом процессе – с добавлением винилацетилена к радикалу и последующей изомеризацией первичных продуктов реакции катализом атомом водорода. В условиях низких температур реагенты слипаются в комплекс, который в ходе мономолекулярных преобразований распадается с образованием нафталина. Работа позволила определить различия в механизмах образования и роста нафталина в пламенах и межзвездном пространстве или в планетарных атмосферах.
  • 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. С использованием импульсного лазерного фотолиза и ЛИФ измерены значения констант скоростей деактивации колебательно-возбужденных молекул озона на СО и синглетного кислорода (0.98 эВ) на углекислом газе.

Внедрение результатов исследования:

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

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

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).

  • Проведена дважды Летняя международная научная школа «Современные методы квантовой химии в приложениях» (Самара, 2017, 2018 гг.).

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

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
Yang T., Kaiser R.I., Troy T.P., Xu B., Kostko O., Ahmed M., Mebel A.M., Zagidullin M.V., Azyazov V.N.
HACA's Heritage: A Free Radical Pathway to Phenanthrene in Circumstellar Envelopes of Asymptotic Giant Branch Stars. Angewandte Chemie 129(16): 4586–4590 (2017).
Ghildina A.R., Oleinikov A.D., Azyazov V.N., Mebel A.M.
Reaction Mechanism, Rate Constants, and Product Yields for Unimolecular and H-assisted Decomposition of 2, 4-Cyclopentadienone and Oxidation of Cyclopentadienyl with Atomic Oxygen. Combustion and Flame 183: 181–193 (2017).
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 121(39): 7343–7348 (2017).
Semenikhin A.S., Savchenkova A.S., Chechet I.V., Matveev S.G., Liu Z., Frenklach M., Mebel A.M.
Rate constants for H abstraction from benzo (a) pyrene and chrysene: a theoretical study. Physical Chemistry Chemical Physics 19(37): 25401–25413 (2017).
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).
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория интенсификации процессов тепломассопереноса в многофазных системах

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Энергетика и рациональное природопользование

Новосибирск

Маркидес Кристос

Кипр

2019-2021

Лаборатория перспективных эффективных технологий

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет"

Энергетика и рациональное природопользование

Новосибирск

Вуд Дэвид Хоу

Австралия

2019-2021

Лаборатория перспективной солнечной энергетики

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Энергетика и рациональное природопользование

Москва

Ди Карло Альдо

Италия

2018-2020