ИНСТИТУТ ТЕПЛОФИЗИКИ им. С.С. Кутателадзе
Сибирского отделения Российской академии наук

Лаборатория радиационного теплообмена

Научный сотрудник
с возложением обязанностей
заведующего лабораторией, к. т. н.,
Копьев Евгений Павлович

Тематика лаборатории

Перенос энергии излучением, нестационарный радиационно-кондуктивный, радиационно-конвективный теплообмен в многофазных в полупрозрачных средах с фазовыми переходами.
Процессы переноса в горелочно-топочных устройствах интенсивного типа, горение жидких углеводородных топлив, термоподготовка и сжигание углей в условиях внешних воздействий (закрутка, псевдоожижение, СВЧ-излучение и др.).
Динамика и структура волн в неравновесных многофазных системах.
Электрофизические, теплофизические и оптические свойства плазмы индукционных разрядов трансформаторного типа в инертных и молекулярных газах и парах металлов.

Патенты

Вихревое паромасляное горелочное устройство : пат. Рос. Федерации № 2743671 / М. С. Вигриянов, С. В. Алексеенко, И. С. Ануфриев, Е. П. Копьев, Е. Ю. Шадрин ; патентообладатель ИТ СО РАН ; зарег 17.11.2020 ; заявка 2020137534, приоритет от 24.08.2021.
Жаротрубный вертикальный водогрейный жидкотопливный котёл : пат. Рос. Федерации № 2754619 / М. С. Вигриянов, С. В. Алексеенко, И. С. Ануфриев, Е. П. Копьев, Е. Ю. Шадрин, И. С. Садкин ; патентообладатель ИТ СО РАН; зарег 02.12.2020; заявка 2020139486, приоритет от 06.09.2021.
Горелочное устройство для сжигания нефти : пат. Рос. Федерации № 2743671 / И. С. Ануфриев, М. С. Вигриянов, Е. П. Копьев, О. В. Шарыпов ; патентообладатель ИТ СО РАН ; зарег 11.08.2020 ; заявка 2020126807, приоритет от 24.02.2021.
Паромасляное горелочное устройство: пат. Рос. Федерации № 2740722 / М.С. Вигриянов, И.С. Ануфриев, Е.П. Копьев, И.С. Садкин, О.В. Шарыпов; патентообладатель ИТ СО РАН; зарег 03.06.2020 ; заявка 2020119233, приоритет от 20.01.2021.
Электрический парогенератор : пат. Рос. Федерации на изобретение № 2701970 / Е. П. Копьев, М. С. Вигриянов, И. С. Ануфриев, О. В. Шарыпов, Я. А. Осинцев ; патентообладатель ИТ СО РАН ; зарег 17.01.2019 ; заявка 2019101397 , приоритет от 02.10.2019.
Автономное горелочное устройство длительного действия : пат. Рос. Федерации на изобретение № 2705494 / М. С. Вигриянов, С. В. Алексеенко, И. С. Ануфриев, Е. П. Копьев, С. С. Арсентьев, Я. А. Осинцев ; патентообладатель ИТ СО РАН ; зарег 17.01.2019 ; заявка 2019101396, приоритет от 07.11.2019.
Пусковое горелочное устройство пат. Рос. Федерации на изобретение № 2705495 / С .В. Алексеенко, М. С. Вигриянов, Е. П. Копьев, И. С. Ануфриев, О. В. Шарыпов ; патентообладатель ИТ СО РАН ; зарег 17.01.2019 ; заявка 2019101398, приоритет от 07.11.2019.
Горелочное устройство. Патент РФ на изобретение № 2647172, зарегистрирован 14.03.2018, приоритет от 29.05.2017, патентообладатель: ИТ СО РАН.
Горелочное устройство. Патент РФ на полезную модель № 182520. Патентообладатель: ИТ СО РАН. Авторы: Вигриянов М.С., Алексеенко С.В., Шарыпов О.В., Ануфриев И.С. Зарегистрирован 22.08.2018.
Авторы: Вигриянов М.С., Ануфриев И.С., Копьев Е.П., Шарыпов О.В., Шадрин Е.Ю.
Горелочное устройство. Патент РФ на изобретение № 2579298. Патентообладатель: ИТ СО РАН. Авторы: Вигриянов М.С., Алексеенко С.В., Ануфриев И.С., Шарыпов О.В. Зарегистрирован 03.03.2016. Приоритет от 18.02.2015.
Вихревая топка. Патент РФ на изобретение № 2585347. Патентообладатель: ИТ СО РАН. Авторы: Ануфриев И.С., Красинский Д.В., Саломатов В.В., Шадрин Е.Ю., Шарыпов О.В. Зарегистрирован 05.05.2016. Приоритет от 26.06.2015.
Устройство для нанесения функциональных слоев тонкопленочных солнечных элементов на подложку путем осаждения в плазме низкочастотного индукционного разряда трансформаторного типа низкого давления. Патент РФ на изобретение № 2582077. Патентообладатель: ИТ СО РАН. Авторы: Уланов И.М., Литвинцев А.Ю., Исупов М.В., Мищенко П.А. Зарегистрирован 30.03.2016. Приоритет от 04.09.2014.

Основные публикации

Anufriev I.S., Kopyev E.P., Alekseenko S.V., Sharypov O.V., Vigriyanov M.S., New ecology safe waste-to-energy technology of liquid fuel combustion with superheated steam // Energy. – 2022. – V. 250. – 123849.
Емельянов А.А., Пинаев В.А., Плотников М.Ю., Ребров А.К., Тимошенко Н.И., Юдин И.Б. Оптические и газодинамические измерения в потоке плазмы СВЧ разряда в условиях газоструйного синтеза алмаза // Прикладная механика и техническая физика. - 2022. - №3. - С. 54-61.
Anufriev I.S. Review of water/steam addition in liquid-fuel combustion systems for NOx reduction: Waste-to-energy trends // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. Vol.138, paper 110665.
Anufriev I.S., Kopyev E.P., Sadkin I.S., Mukhina M.A. NOx reduction by steam injection method during liquid fuel and waste burning // Process Safety and Environmental Protection. 2021. Vol.152, P. 240–248
Anufriev I.S., Kopyev E.P., Sadkin I.S., Mukhina M.A. Diesel and waste oil combustion in a new steam burner with low NOX emission // Fuel. 2021. (290). С. 120100.
Alekseenko S.V., Anufriev I.S., Dekterev A.A., Shadrin E.Yu., Kuznetsov V.A., Sharypov O.V., Boyko E.E., Naumov I.V., Kabardin I.K. Investigation of transfer processes in swirling flows in application to vortex furnaces for coal fuel // International Journal of Thermal Sciences. 2021. Vol. 161. Article No. 106715.
Исупов М.В., Литвинцев А.Ю. Исследование генерации низкочастотного индукционного разряда атмосферного давления // Прикладная механика и техническая физика. – 2021. – Т. 62, №4. – С. 80-87.
Lebedev V.A., Solovjov V.P., Webb B.W. View factors of spherical, conic, and cylindrical spiral surfaces // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 274 (2021) 107866
Слепцов С.Д., Саввинова Н.А., Гришин М.А. Численное исследование теплового состояния слоя льда, содержащего пузырьки воздуха // ПМТФ. 2021. Т. 62. № 3 (367). С. 118-125.
Fedoseev A., Isupov M., Sukhinin G., Pinaev V., Demin N., Salnikov M. The effect of chlorine addition on ferromagnetic-enhanced inductively coupled plasma // Japanese Journal of Applied Physics. – 2020. – V. 59, No. SH. – Article No. SHHC02
Fedoseev A., Isupov M., Demin N., Sukhinin G. Large-scale ferromagnetic enhanced Ar/Cl-2 ICP // Plasma Sources Science & Technology. – 2020. – V. 29, No. 4. – Article No. 045021
N.A. Savvinova, A.M. Timofeev, A.V. Malyshev, S.D. Sleptsov Radiation heating of ice formed on the substrate // IEEE Xplore. – 2020. – 4 p
Саломатов Вл. В., Карелин В. А., Саломатов В. Вл. Электромагнитная сушка влажных материалов с малой глубиной проникновения СВЧ-излучения в условиях теплосброса радиацией и конвекцией. III. Стадия падающей скорости сушки // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331, № 4. – С. 139–147.
Слепцов С.Д., Саввинова Н.А. Расчетное исследование нестационарного теплового состояния льда с учетом рассеяния излучения // Теплофизика и аэромеханика. – 2020. – Т. 27, №4. – С. 647-654
Anufriev I.S., Alekseenko S. V., Sharypov O. V., Kopyev E.P. Diesel fuel combustion in a direct-flow evaporative burner with superheated steam supply // Fuel. 2019. (254). С. 115723.
Anufriev I.S., Kopyev E.P. Diesel fuel combustion by spraying in a superheated steam jet // Fuel Processing Technology. 2019. (192). С. 154–169.
Anufriev I.S., Shadrin E.Yu., Kopyev E.P., Alekseenko S.V., Sharypov O.V. Study of liquid hydrocarbons atomization by supersonic air or steam jet // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 163. Article No. 114400.
И.С.Ануфриев, Д.В.Красинский, Е.Ю.Шадрин, Е.П.Копьев, О.В.Шарыпов Исследование структуры газового потока, истекающего из форсунки горелочного устройства распылительного типа // Теплофизика и аэромеханика. – 2019. – Т. 26, №5. – С. 703-718.
Alekseenko S.V., Anufriev I.S., Dekterev A.A., Kuznetsov V.A., Maltsev L.I., Minakov A.V., Chernetskiy M.Y., Shadrin E.Yu., Sharypov O.V. Experimental and numerical investigation of aerodynamics of a pneumatic nozzle for suspension fuel // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2019. Vol. 77. P. 288-298.
С. Батмунх, В.В. Саломатов, В.А. Стенников, Х. Энхжаргал. Экологически чистая угольная ТЭС в концепции мульти-комплекса с интеграцией в электроэнергетическую систему Монголии 2019 г. – 253 с. (в пер.). ISBN 978-5-6042857-1-8 (СО РАН); ISBN 978-5-6041446-5-7 (АИ «Гео») DOI: 10.21782/B978-5-6041446-5-7Академическое изд-во «Гео»
Карелин В. А., Саломатов Вл. В., Саломатов В. Вл. Электромагнитная сушка влажных материалов с малой глубиной проникновения свч-излучения в условиях тепло-сброса радиацией и конвекцией. I. Стадия прогрева // Известия ТПУ, Том 330 № 10 (2019)
Карелин В. А., Саломатов Вл. В., Саломатов В. Вл. Электромагнитная сушка влажных мате-риалов с малой глубиной проникновения СВЧ-излучения в условиях теплосброса радиацией и конвекцией. II. Стадия по-стоянной скорости сушки // Известия ТПУ, Т. 330. - № 12, 2019
Kopyev E.P., Anufriev I.S., Shadrin E.Yu., Loboda E.L., Agafontsev M.V., Mukhina M.A. Studying the diesel flame structure in superheated water vapor jets by using IR thermography // Infrared Physics and Technology. 2019. Vol. 102. Article No. 103028.
Слепцов С.Д., Саввинова Н.А. Таяние льда при облучении селективным источником излучения // Теплофизика и аэромеханика. – 2019. – Т. 26, №5. – С. 813-820
Sleptsov S.D., Savvinova N.A., Rubtsov N.A. Ice Melting with allowance for selective absorption in the medium // Journal of Engineering Thermophysics. – 2019. – Vol. 28, No. 1. – P. 114–122.
Ануфриев И.С., Красинский Д.В. Шадрин Е.Ю., Шарыпов О.В. Глава 6. Моделирование процессов переноса в пылеугольных топках с горизонтальной осью вихревого потока / Вихревые явления и их влияние на процессы переноса / под ред. С.В. Алексеенко и И.В. Наумова; Ин-т теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН. – Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2018. – 362 с. – С. 221-265. ISBN 978-5-4437-0808-9.
Слепцов С.Д., Рубцов Н.А. Аналитический метод оценки оптических коэффициентов полупрозрачной сферической частицы // Теплофизика и аэромеханика. – 2018. – Т. 25, №1. – С. 151-156.
Слепцов С.Д., Рубцов Н.А., Саввинова Н.А. Моделирование нагрева и таяния льда в приближении задачи Стефана c учетом излучения // Теплофизика и аэромеханика. – 2018. – Т. 25, № 3. – С. 439-446.
Sharypov O.V. Model of evaporation front in a superheated liquid // Journal of Engineering Thermophysics. – 2018. – Vol. 27, No. 2. – P. 137-144.
Glushkov D.O., Kuznetsov G.V., Chebochakova D.A., Lyakhovskaya O.E., Shlegel N.E., Anufriev I.S., Shadrin E.Yu. Experimental study of coal dust ignition characteristics at oil-free start-up of coal-fired boilers // Applied Thermal Engineering. – 2018. – Vol. 142. – P. 371-379.
Loboda E.L., Anufriev I.S., Agafontsev M.V., Kopyev E.P., Shadrin E.Y., Reyno V.V., Vavilov V.P., Lutsenko A.V. Evaluating characteristics of turbulent flames by using IR thermography and PIV // Infrared Physics and Technology. – 2018. – Vol. 92. – P. 240-243.
Саломатов Вл.В., Пузырев Е.М., Саломатов А.В. СВЧ-нагрев потока жидкости при вынужденном обтекании плоской пластины в условиях нестационарного радиационно-конвективного теплообмена // Теплофизика и аэромеханика. – 2018. – Т. 25, № 2. – C. 285-300.
Salomatov Vl.V., Puzyrev E.M. and Salomatov A.V. Microwave heating of a liquid stably flowing in a circular channel under the conditions of nonstationary radiative-convective heat transfer // Инженерно-физический журнал. – 2018. – Т. 91, № 2. – С. 411-427.
Кузнецов Г.В., Саломатов В.В., Сыродой С.В. Воспламенение частиц влажной древесной биомассы в условиях конвективной диффузии водяных паров в пристенной области // Физика горения и взрыва. – 2018. – Т. 54, № 3. – С. 82-95.
Syrodoy S.V., Kuznetsov G.V., Gutareva N.Y., Salomatov V.V. The efficiency of heat transfer through the ash deposits on the heat exchange surfaces by burning coal and coal-water fuels // Journal of the Energy Institute. – 2018. – Vol. 91, Issue 6. – P. 1091-1101.
Ребров А.К., Исупов М.В., Литвинцев А.Ю., Буров В.Ф. Синтез алмазов из микроволновой плазмы с использованием сверхзвуковых потоков газа // Прикладная Механика и Техническая Физика. – 2018. – Т. 59, № 5. – С. 5-12.
Ануфриев И.С., Бакланов А.М., Боровкова О.В., Вигриянов М.С., Лещевич В.В., Шарыпов О.В. Исследование наночастиц сажи при горении жидких углеводородов с подачей в зону горения струи перегретого водяного пара // Физика горения и взрыва. – 2017. – Т. 53, № 2. – С. 22-30.
Рубцов Н.А., Слепцов С.Д. Представление фазового перехода для полупрозрачных материалов в рамках задачи Стефана // Теплофизика и аэромеханика. – 2017. – Т. 24, № 1. – С. 109-113.
Ануфриев И.С., Шарыпов О.В., Дектерев А.А., Шадрин Е.Ю., Папулов А.П. Исследование структуры потока в модели четырехвихревой топки // Теплофизика и аэромеханика. – 2017. – Т. 24, № 6. – C. 873-879.
Шарыпов О.В. О форме межфазной поверхности при распространении фронта испарения вдоль поверхности нагревателя в слое метастабильной жидкости // Теплофизика и аэромеханика. – 2017. – Т. 24, № 3. – C. 401-410.
Шарыпов О.В. Описание формы самоподдерживающегося фронта испарения в слое метастабильной жидкости // Письма в Журнал Технической Физики. – 2017. – Т. 43, вып. 8. – С. 41-47.
Sharypov O.V. Film flow with local heating: analysis of 2D structure instability // Interfacial Phenomena and Heat Transfer. – 2016. – Vol. 4, Issue 4. – С. 293-304.
Саломатов Вл.В., Карелин В.А., Сладков С.О., Саломатов Вас.В. СВЧ-сушка влажных углей // Инженерно-физический журнал. – 2017. – Т. 90, № 2. – С. 528-540.
Syrodoy S.V., Kuznetsov G.V., Zakharevich A.V., Gutareva N.Y., Salomatov V.V. The influence of the structure heterogeneity on the characteristics and conditions of the coal–water fuel particles ignition in high temperature environment // Combustion and Flame. – 2017. – Vol. 180. – P. 196-206.
Сыродой С.В., Кузнецов Г.В., Захаревич А.В., Саломатов В.В. Влияние теплофизических свойств водоугольного топлива на условия его воспламенения // Химия твердого топлива. – 2017. – № 3. – С. 30-36.
Salomatov A.V., Salomatov V.V. Thermal regime of slotted channel with moving incompressible liquid under microwave conditions // Journal of Engineering Thermophysics. – 2017. – Vol. 26, Issue 3. – P. 359-365.
Пинаев В.А. Образование и энергетическая релаксация пучка быстрых электронов в катодных областях тлеющего разряда в гелии // Теплофизика высоких температур. – 2017. – Т. 55, № 3. – С. 351-358.
Рубцов Н.А., Слепцов С.Д., Гришин М.А. Решение однофазной задачи Стефана в классической модифицированной постановке для полупрозрачных сред с учетом изотропного рассеяния излучения // Теплофизика высоких температур. – 2016. – Т. 54, № 2. – С. 267-272.
Слепцов С.Д., Рубцов Н.А., Саввинова Н.А. Однофазная задача Стефана в селективно-поглощающей среде // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 1. – С. 115-124.
Алексеенко С.В., Ануфриев И.С., Вигриянов М.С., Копьев Е.П., Шарыпов О.В. Характеристики сжигания дизельного топлива в горелочном устройстве с подачей струи перегретого водяного пара // Физика горения и взрыва. – 2016. – Т. 52, № 3. – С. 37-44.
Ануфриев И.С., Куйбин П.А., Шадрин Е.Ю., Шараборин Д.К., Шарыпов О.В. Изучение аэродинамической структуры потока в модели вихревой топки стереоскопическим методом цифровой трассерной визуализации // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 4. – С. 645-648.
Красинский Д.В. Вариантный анализ показателей сжигания бурого угля в усовершенствованной вихревой топке // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 5. – С. 815-818.
Саломатов Вл.В. Пащенко С.Э., Сладков С.О., Саломатов Вас.В. Применение СВЧ-излучения для получения измельченного твердого топлива // Инженерно-физический журнал. – 2016. – Т. 89, № 1. – С. 49-62.
Саломатов В.В., Сыродой С.В., Кузнецов Г.В. Тепломассоперенос в частице водоугольного топлива на стадии «термической» подготовки // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 4. – С. 627-636.
Захаревич А.В., Кузнецов Г.В., Саломатов В.В, Стрижак П.А., Сыродой С.В. Инициирование горения покрытых водяной пленкой частиц угля в потоке высокотемпературного воздуха // Физика горения и взрыва. – 2016. – Т. 52, № 5. – С. 62-74.
Захаревич А.В., Саломатов В.В., Стрижак П.А., Сыродой С.В. Зажигание капель водоугольного топлива в потоке воздуха // Химия твердого топлива. – 2016. – № 3. – С. 25–29.
Salomatov Vl.V., Karelin V.A., Salomatov Vas.V. Mathematical models of microwave heating of a coal mass with release of absorbed energy by the heat radiation law // Journal of Engineering Thermophysics. – 2016. – Vol. 25, No. 4. – P. 485-494.
Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Синицын В.А., Волокитин О.Г., Шеховцов В.В., Ващенко С.П., Кузьмин В.И. Плазменная обработка древесины // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 1. – С. 125-130.
Lebedev V.A., Solovjev V.P. View factors of cylindrical spiral surfaces // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. – 2016. – Vol. 171. – P. 1-3.
Alekseenko S.V., Anufriev I.S., Glavniy V.G., Krasinsky D.V., Rakhmanov V.V., Salomatov V.V., Shadrin E.Yu. Study of 3D flow structure and heat transfer in a vortex furnace // Heat Transfer Research. – 2016. – Vol. 47, No. 7. – P. 653-667.
Salomatov V.V., Kuznetsov G.V., Syrodoy S.V., Gutareva N.Y. Ignition of coal-water fuel particles under the conditions of intense heat // Applied Thermal Engineering. – 2016. Vol. 106. – P. 561-569.

Дополнительная информация

1. Проводятся исследования радиационно-кондуктивного теплообмена в полупрозрачных средах, претерпевающих фазовый переход первого рода в однофазной постановке задачи Стефана, численные расчеты процесса таяния слоя льда, вычисление угловых коэффициентов излучения для разных геометрических фигур.

Полученные результаты:

Выполнен цикл работ по однофазной задаче Стефана для полупрозрачной среды, где проанализировано влияние оптических свойств границ и объема слоя на скорость плавления под действием внешнего радиационного потока. Проведена валидация постановки однофазной задачи Стефана для реальных тел;
Для решения сложного интегро-дифференциального уравнения переноса излучения было обосновано применение модифицированного метода средних потоков (относящегося к классу дифференциальных методов), позволяющего эффективно решать задачи радиационного теплообмена в многослойной системе в широком диапазоне оптических параметров среды;
Из решения интегральных уравнений излучения замкнутой системы, записанных относительно плотности потока полусферического результирующего излучения в исходной и разрешающей формах, получены аналитические формулы оптических свойств осесимметричных систем (отражательные, поглощательные и пропускательные способности поверхностей);
Угловые коэффициенты излучения для спиральных систем.

2. Проводятся экспериментальные исследования электрофизических и теплофизических характеристик низкочастотных индукционных разрядов трансформаторного типа, с целью разработки новых высокоэффективных источников плазмы и газоразрядных ламп.

Разрабатываемые газоразрядные устройства не имеют электродов, генерация разряда осуществляется индукционным способом с использованием ферромагнитных сердечников для усиления магнитной связи между плазмой и индуктором. Как следствие, ресурс работы подобных устройств не ограничен процессами эрозии электродов, и составляет десятки тысяч часов. Усиление магнитной связи с помощью ферромагнитных сердечников позволяет существенно снизить частоту генерации индукционного разряда, до частот ~10 – 100 кГц, и использовать в качестве источников питания широко распространенные генераторы для индукционного нагрева. Также, усиление магнитной связи существенно повышает коэффициент мощности индукционного газоразрядного устройства, и упрощает задачу согласования нагрузки (разряда) и источника питания.

В результате проведенных исследований были разработаны следующие газоразрядные устройства: неоновая индукционная лампа для архитектурной подсветки и сигнального освещения, ртутная индукционная лампа для обеззараживания воды и воздуха ультрафиолетовым излучением, индукционный плазмотрон для проведения широкого спектра плазмохимических реакций, индукционный источник плазмы низкого давления для крупномасштабной ионно-плазменной обработки.

3. В соответствии с концепцией экологически чистой энергоэффективной теплоэнергетики, в лаборатории проводятся исследования, направленные на разработку и развитие теплофизических основ энергетических технологий, отвечающих требованиям пониженной или малой эмиссии токсичных продуктов горения при сжигании различных видов органического топлива (в том числе: низкосортных углей, некондиционных жидких углеводородных топлив, синтез-газа). С этой целью активно используются подходы вычислительной аэрогидродинамики (CFD) в рамках тематики «Численное моделирование турбулентных двухфазных реагирующих течений, исследование их аэротермохимической структуры и путей снижения вредных выбросов при сжигании органического топлива в перспективных топочных и горелочных устройствах». Разработаны физико-математические и численные методики моделирования всей совокупности аэротермохимических процессов для различных режимов газофазного и гетерогенного химического реагирования (горение полидисперсного угольного топлива, горение многокомпонентной смеси углеводородного топлива, а также процессы образования вредных выбросов – сажи, оксидов азота) в 2-D и 3-D областях различных энергоустановок. На этой основе проводится численное моделирование аэродинамики, процессов тепломассопереноса и горения в перспективных конструкциях топочных и горелочных устройств (включая вихревую топку парового котла ТЭС и ряд ее модификаций с вторичным тангенциальным дутьем и оригинальное горелочное устройство с аксиальным вдувом струи перегретого водяного пара) при сжигании различных типов углеводородного топлива (пылевидное угольное топливо, природный газ, синтез-газ, продукты нефтепереработки).

Результаты численного исследования аэротермохимических процессов и экологических показателей при сжигании распыленного бурого угля в модифицированной вихревой топке «ВТ2Н»: (а) поле температуры (ºС) в сечении по центру горелок, (б) 3-D визуализация ядра закрученного потока, (в) эмиссия оксидов азота NO2 (мг/нм3) на выходе из вихревой топки; результаты численного моделирования процессов горения дизельного топлива при подаче струи водяного пара в лабораторном образце горелочного устройства испарительного типа: (г) поле температуры (ºС), (д) концентрации оксида азота NO вдоль оси горелки и факела (ppm).

Ряд полученных результатов защищен патентами РФ, в т.ч. № 2585347 «Вихревая топка» (рег. 05.05.2016). На основе анализа полученной в расчетах детальной предсказательной информации о структуре течения и протекающих процессов горения, а также интегральных теплотехнических и экологических характеристик, ведется поиск возможных путей улучшения показателей и режимов работы исследуемых теплоэнергетических установок.

Экспериментальное исследование детальной структуры турбулентных течений, полей скорости, параметров смешения и др. характеристик на «холодных» моделях топочных устройств вихревого и циркуляционного типов проводится с использованием современных методов 2D и 3D диагностики (лазер-доплеровской, PIV, тепловизионной и др.)

4. Проводится экспериментальное исследование горения жидких углеводородов в режиме паровой газификации и разрабатываются горелочные устройства на этой основе. А именно, предложен новый способ сжигания углеводородосодержащих некондиционных топлив, отличительным признаком которого является раздельная подача в камеру горения двух потоков: топливо+воздух; перегретый водяной пар. Первичный факел создается при горении топлива в условиях недостатка окислителя. В итоге на начальной стадии в камере горения образуется аэрозольный сажистый факел. Далее за счет импульса перегретого водяного пара формируется вторичный факел, где происходит паровая газификация промежуточных продуктов с образованием водорода и монооксида углерода. В результате обеспечиваются условия для эффективного зажигания и устойчивого горения «тяжелых» топлив. Данный физико-химический механизм применен при создании горелок-демонстраторов мощностью 5-20 кВт, проведено их испытание на дизельном топливе, картерных отходах, сырой нефти, водоугольном топливе и др. Разработанные горелочные устройства-демонстраторы по экологическим показателям на порядок превосходят известные аналоги.

Демонстрационное видео автономного горелочного устройства

Демонстрационное видео горелочного устройства с распылом топлива паровой струёй

5. Ведется разработка нелинейной модели переноса тепла в слое диэлектрика при плавлении за счет СВЧ-излучения с учетом зависимости диэлектрической проницаемости от параметров процесса. При этом будет использован успешный опыт разработки моделей для СВЧ-обработки угля, в рамках которой были построены: модель СВЧ-нагрева угля, учитывающая изменяющиеся теплофизические и электрофизические свойства, а также позволяющая определить момент начала сушки и ряд других важных параметров; модель СВЧ-сушки угля, позволяющая определить скорость сушки. Будут получены асимптотические решения для различных режимов плавления диэлектрика конечной толщины под воздействием СВЧ-излучения. Будет обоснован метод повышения энергоэффективности процесса СВЧ-обработки снежно-ледяной массы.