Назад
Тайны низкотемпературной газогенерации: почему размер частиц имеет значение?

Эта работа посвящена изучению процесса газогенерации пористого материала в условиях газогенератора, который может быть частью двигательной системы на твердом топливе. Ученые исследовали, как размер частиц уротропина (широко известного вещества, используемого в медицине и химии) влияет на процесс его превращения в горючие газы при низких температурах.

Команда ученых ФИЦ ПХФ и МХ РАН исследовали процесс газификации уротропина, используемого в низкотемпературных газогенераторах для твердотопливных двигателей. В эксперименте использовались частицы различного размера (от 2 до 10 мм).  Исследователи хотели выяснить, как размер частиц влияет на скорость и эффективность газогенерации. Оказалось, что существует критический размер частиц, выше которого характеристики газогенерации практически не зависят от их величины. Однако если частицы меньше этого размера, процесс газогенерации замедляется. Это связано с тем, что мелкие частицы снижают проницаемость пористого слоя, что затрудняет движение газов.

Рис 1. Схема экспериментального стенда: 1 – кварцевый реактор, 2 – теплоизоляционный экран, 3 – нагревательные элементы, 4 – аналого-цифровой преобразователь, 5 – датчик давления, 6 – расходомер, 7 – ПК, 8 – лабораторный автотрансформатор, 9 – азотный баллон, ТС1, ТС2 – термопары.

При уменьшении размера частиц температура газа на выходе из реактора растет медленнее. Однако после достижения температуры около 300 °C процесс газогенерации ускоряется, так как уротропин начинает активно превращаться в газ.

Время газогенерации: Увеличение среднего размера частиц с 2,5 до 6 мм сокращает время газогенерации с 372 до 234 секунд. Но дальнейшее увеличение размера частиц почти не влияет на этот параметр.

Состав газов: Хроматографический анализ показал, что основным продуктом газогенерации является азот с небольшими примесями водорода и легких углеводородов. Это означает, что уротропин в условиях эксперимента практически не разлагается на простые вещества, а газогенерируется в виде мономера.

Таким образом, это исследование не только расширяет наши знания о процессах газогенерации, но и открывает новые возможности для создания более эффективных двигательных систем. Ученые доказали, что размер частиц играет ключевую роль в этом процессе, но только до определенного предела.

Работа выполнена сотрудниками ФИЦ ПХФ и МХ РАН: М.В. Салганская, А. Ю. Зайченко, Д.Н. Подлесный, М.В. Цветков, Ю.Ю. Цветкова, Э.А. Салганский – Лаборатория
технологического горения

Salganskaya M.V., Zaichenko A.Yu., Podlesniy D.N., Tsvetkov M.V., Tsvetkova Yu.Yu., Salgansky E.A. // Effect of particle size on gasification of solid fuel in a low-temperature gas generator // Acta Astronautica, v. 226, p. 648–652, 12 November 2024 Q-1, IF = 3,1

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576524006635

    Эта работа посвящена изучению процесса газогенерации пористого материала в условиях газогенератора, который может быть частью двигательной системы на твердом топливе. Ученые исследовали, как размер частиц уротропина (широко известного вещества, используемого в медицине и химии) влияет на процесс его превращения в горючие газы при низких температурах.

    Команда ученых ФИЦ ПХФ и МХ РАН исследовали процесс газификации уротропина, используемого в низкотемпературных газогенераторах для твердотопливных двигателей. В эксперименте использовались частицы различного размера (от 2 до 10 мм).  Исследователи хотели выяснить, как размер частиц влияет на скорость и эффективность газогенерации. Оказалось, что существует критический размер частиц, выше которого характеристики газогенерации практически не зависят от их величины. Однако если частицы меньше этого размера, процесс газогенерации замедляется. Это связано с тем, что мелкие частицы снижают проницаемость пористого слоя, что затрудняет движение газов.

    Рис 1. Схема экспериментального стенда: 1 – кварцевый реактор, 2 – теплоизоляционный экран, 3 – нагревательные элементы, 4 – аналого-цифровой преобразователь, 5 – датчик давления, 6 – расходомер, 7 – ПК, 8 – лабораторный автотрансформатор, 9 – азотный баллон, ТС1, ТС2 – термопары.

    При уменьшении размера частиц температура газа на выходе из реактора растет медленнее. Однако после достижения температуры около 300 °C процесс газогенерации ускоряется, так как уротропин начинает активно превращаться в газ.

    Время газогенерации: Увеличение среднего размера частиц с 2,5 до 6 мм сокращает время газогенерации с 372 до 234 секунд. Но дальнейшее увеличение размера частиц почти не влияет на этот параметр.

    Состав газов: Хроматографический анализ показал, что основным продуктом газогенерации является азот с небольшими примесями водорода и легких углеводородов. Это означает, что уротропин в условиях эксперимента практически не разлагается на простые вещества, а газогенерируется в виде мономера.

    Таким образом, это исследование не только расширяет наши знания о процессах газогенерации, но и открывает новые возможности для создания более эффективных двигательных систем. Ученые доказали, что размер частиц играет ключевую роль в этом процессе, но только до определенного предела.

    Работа выполнена сотрудниками ФИЦ ПХФ и МХ РАН: М.В. Салганская, А. Ю. Зайченко, Д.Н. Подлесный, М.В. Цветков, Ю.Ю. Цветкова, Э.А. Салганский – Лаборатория
    технологического горения

    Salganskaya M.V., Zaichenko A.Yu., Podlesniy D.N., Tsvetkov M.V., Tsvetkova Yu.Yu., Salgansky E.A. // Effect of particle size on gasification of solid fuel in a low-temperature gas generator // Acta Astronautica, v. 226, p. 648–652, 12 November 2024 Q-1, IF = 3,1

      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576524006635