«Этим часто пренебрегали в предыдущих исследованиях», — сказал Хун Им из Исследовательского центра чистого горения KAUST (CCRC). Он отметил, что рассмотрение этих молекул необходимо для точного прогнозирования уровней сажи.
Мелкие частицы, выбрасываемые в воздух при сжигании углеводородного топлива, повреждают дыхательную систему человека и усиливают парниковый эффект. В агломерированной форме эти частицы образуют сажу, состоящую преимущественно из сильно конденсированных атомов углерода. Образование сажи широко изучается, но модели часто неточны, поскольку количество и размер частиц углерода зависит от многих факторов, включая используемое топливо и условия сгорания.
Исследователи улучшили способ прогнозирования образования предшественников сажи в пламени или так называемых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).ПАУ — это органические молекулы, содержащие кольца атомов углерода с окружающими их атомами водорода. Они образуются в процессе горения, когда более мелкие молекулы сталкиваются и объединяются в более крупные.
Сами молекулы группируются и при определенных условиях образуют частицы углеродной сажи. Поэтому подробное понимание путей образования ПАУ необходимо для уменьшения образования сажи и повышения эффективности процесса сжигания.
Из-за большего количества атомов предыдущие компьютерные модели были ограничены размером ПАУ, учитываемых в расчетах. В своей работе исследователи определили более точные химические пути к более крупным ПАУ, тщательно изучив механизмы их сложных реакций.Модель, разработанная в сотрудничестве с Национальным университетом Ирландии, Голуэем и Saudi Aramco, описывает пути реакций, которые приводят к образованию ПАУ с семью углеродными кольцами — всего 24 атома углерода.
Развертывая модель, исследование показывает, что точные прогнозы должны учитывать не только молекулы ПАУ, но и более крупные молекулы ПАУ, которые вносят наибольший вклад в образование сажи.Хотя текущие расчеты основаны на простом топливе, будущие работы будут расширять другие виды топлива, такие как бензин или реактивное топливо. Кроме того, объяснил Им, важны также динамические эффекты.
«В настоящее время изучаются исследования образования сажи под воздействием турбулентных колебаний», — сказал Им.