ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В работе исследовано влияние на характеристики процесса горения добавления нанопорошка алюминия (1% масс.) в жидкое углеводородное топливо, на примере дизельного топлива. Топливо распылялось перегретым водяным паром с регулируемой подачей окислителя в камеру газогенерации. Нанопорошок состоял преимущественно из оксида алюминия (~90%) с примесью металлического алюминия (до 10%). Результаты показали, что при сжигании модифицированного топлива максимальная температура внешнего факела снизилась примерно на 100°C по сравнению с чистым образцом. При этом на выходе из камеры газогенерации температура оказалась выше на ~100°C, а во внешнем пламени увеличилось содержание CO и H₂. Это свидетельствует об эффективном воспламенении топлива внутри камеры и снижении степени паровой газификации продуктов термического разложения из-за присутствия наномодификатора. Газовый анализ продуктов сгорания выявил незначительное влияние наночастиц на концентрацию вредных выбросов. В случае модифицированного топлива наблюдалось небольшое снижение уровня оксидов азота (NOx) и повышение содержания монооксида углерода (CO). Несмотря на некоторые положительные эффекты, такие как интенсификация горения, в условиях парового распыла и сжигания в горелочном устройстве существенного снижения вредных выбросов зафиксировано не было.

1. Breiter A.L., Mal'tsev V.M., Popov E.I. Means of modifying metallic fuel in condensed systems // Combustion, Explosion and Shock Waves. – 1990. – Vol. 26 (1). – P. 86–92. – DOI: 10.1007/BF00742280.
2. Ritter H., Braun S. high explosives containing ultrafine aluminum ALEX // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. – 2001. – Vol. 26. – P. 311–314. – DOI: 10.1002/1521-4087.
3. Basha J.S. An experimental analysis of a diesel engine using alumina nanoparticles blended diesel fuel // SAE Technical Papers. – 2014. – Art. 2014-01-1391. – DOI: 10.4271/2014-01-1391.
4. A comprehensive review of the influences of nanoparticles as a fuel additive in an internal combustion engine (ICE) / S.N.A. Yusof, N.A.C. Sidik, Y. Asako, W.M.A.A. Japar, S.B. Mohamed, N.M. Muhammad // Nanotechnology Reviews. – 2021. – Vol. 9. – P. 1326–1349. – DOI: 10.1515/NTREV-2020-0104.
5. Comparative study of nanoparticles and alcoholic fuel additives-biodiesel-diesel blend for performance and emission improvements / M.A. Mujtaba, M.A. Kalam, H.H. Masjuki, M. Gul, M.E.M. Soudagar, H.C. Ong, W. Ahmed, A.E. Atabani, L. Razzaq, M. Yusoff // Fuel. – 2020. – Vol. 279. – P. 118434. – DOI: 10.1016/ j.fuel.2020.118434.
6. Comparative behavior of various nano additives in a DIESEL engine powered by novel Garcinia gummi-gutta biodiesel / S. Janakiraman, T. Lakshmanan, V. Chandran, L. Subramani // Journal of Cleaner Production. – 2020. – Vol. 245. – P. 118940. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.118940.
7. Saxena V., Kumar N., Saxena V.K. A comprehensive review on combustion and stability aspects of metal nanoparticles and its additive effect on diesel and biodiesel fuelled C.I. engine // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2017. – Vol. 70. – P. 563–588. – DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.067.
8. Effect of dispersion of various nanoadditives on the performance and emission characteristics of a CI engine fuelled with diesel, biodiesel and blends – A review / T. Shaafi, K. Sairam, A. Gopinath, G. Kumaresan, R. Velraj // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – Vol. 49. – P. 563–573. – DOI: 10.1016/ j.rser.2015.04.086.
9. Combustion characteristics, engine performances and emissions of a diesel engine using nanoparticle-diesel fuel blends with aluminium oxide, carbon nanotubes and silicon oxide / A.F. Chen, M.A. Adzmi, A. Adam, M.F. Othman, M.K. Kamaruzzaman, A.G. Mrwan // Energy Conversion and Management. – 2018. – Vol. 171. – P. 461–477. – DOI: 10.1016/j.enconman.2018.06.004.
10. Dinesha P., Mohan S., Kumar S. Impact of alumina and cerium oxide nanoparticles on tailpipe emissions of waste cooking oil biodiesel fuelled CI engine // Cogent Engineering. – 2021. – Vol. 8. – P. 1902067. – DOI: 10.1080/23311916.2021. 1902067.
11. Пористые композиты на основе оксид-алюминиевых керметов (синтез и свойства) / С.Ф. Тихов, В.Е. Романенков, В.А. Садыков, В.Н. Пармон, А.И. Ратько. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, Фил. «Гео», 2004. – 205 с.
12. Производство и применение алюминиевых порошков и пудр / В.Г. Гопиенко, Б.Р. Осипов, Б.П. Назаров, В.М. Рюмин, И.В. Волков, Н.И. Ясаков. – М.: Металлургия, 1980. – 67 с.
13. Котов Ю.А. Импульсные технологии и наноматериалы. – Екатеринбург: УрО РАН, 2013. – 357 с.
14. Characterization of aluminum nanopowder compositions / Q.S.M. Kwok, R.C. Fouchard, A.-M. Turcotte, P.D. Lightfoot, R. Bowes, D.E.G. Jones // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. –2002. – Vol. 27. – P. 229–240. – DOI: 10.1002/ 1521-4087.
15. Взаимодействие металлов с продуктами разложения пластифицированного нитроэфирнитроаминными соединениями тетразольного полимера / А.Г. Вакутин, М.В. Комарова, В.Ф. Комаров, А.Б. Ворожцов, Г.В. Сакович // Ползуновский Вестник. – 2008. – № 3. – С. 57–61.
16. Взрывчатые характеристики алюминизированных нанокомпозитов на основе октогена / М.Ф. Гогуля, М.Н. Махов, М.А. Бражников, А.Ю. Долгобородов, В.И. Архипов, А.Н. Жигач, И.О. Лейпунский, М.Л. Кусков // Физика горения и взрыва. – 2008. – Т. 44, № 2. – С. 85–100.
17. Гогуля М.Ф., Бражников М.А. Влияние дисперсности компонентов взрывчатых материалов на скорость детонации и чувствительность к механическим воздействиям // Химическая Физика. – 2010. – Т. 29, № 4. – С. 33–50.
18. Глотов О.Г., Суродин Г.С. Горение свободно падающих в воздухе агломератов из алюминия и бора. I. Экспериментальный подход // Физика горения и взрыва. – 2019. – Т. 55, № 3. – С. 100–109.
19. Горение порошкообразных металлов в активных средах / П.Ф. Похил, А.Ф. Беляев, Ю.В. Фролов, В.С. Логачёв, А.И. Коротков. – М.: Наука, 1972. – 294 с.
20. Цуцуран И.В., Петрухин П.В., Гусев С.А. Военно-технический анализ состояния и перспективы развития ракетных топлив. – М.: МО РФ, 1999. – 332 с.
21. Kumar N., Raheman H. Production, characterization and utilization of second generation biodiesel blend in diesel engine using water and nanoparticles as additives // Fuel. – 2022. – Vol. 308. – P. 122063. – DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122063.
22. Характеристики процесса сжигания дизельного топлива в горелочном устройстве с подачей струи перегретого водяного пара / С.В. Алексеенко, И.С. Ануфриев, М.С. Вигриянов, Е.П. Копьев, О.В. Шарыпов // Физика горения и взрыва. – 2016. – Т. 52, № 3. – С. 37–44.
23. Diesel fuel combustion in a direct-flow evaporative burner with superheated steam supply / I.S. Anufriev, S.V. Alekseenko, O.V. Sharypov, E.P. Kopyev // Fuel. – 2019. – Vol. 254. – P. 115723. – DOI: 10.1016/j.fuel.2019.115723.
24. Влияние параметров перегретого водяного пара на процесс горения жидких углеводородов / С.В. Алексеенко, И.С. Ануфриев, С.С. Арсентьев, М.С. Виг­риянов, Е.П. Копьев, О.В. Шарыпов // Теплофизика и аэромеханика. – 2019. – Т. 26, № 1. – С. 109–113.
25. Diesel and waste oil combustion in a new steam burner with low NOX emission / I.S. Anufriev, E.P. Kopyev, I.S. Sadkin, M.A. Mukhina // Fuel. – 2021. – Vol. 290. – P. 120100. – DOI: 10.1016/j.fuel.2020.120100.
26. NOx reduction by steam injection method during liquid fuel and waste burning / I.S. Anufriev, E.P. Kopyev, I.S. Sadkin, M.A. Mukhina // Process Safety and Environmental Protection. – 2021. – Vol. 152. – P. 240–248. – DOI: 10.1016/ j.psep.2021.06.016.
27. Experimental investigation of size of fuel droplets formed by steam jet impact / I.S. Anufriev, E.Y. Shadrin, E.P. Kopyev, O.V. Sharypov // Fuel. – 2021. – Vol. 303. – P. 121183. – DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121183.
28. New ecology safe waste-to-energy technology of liquid fuel combustion with superheated steam / I.S. Anufriev, E.P. Kopyev, S.V. Alekseenko, O.V. Sharypov, M.S. Vigriyanov // Energy. – 2022. – Vol. 250. – Art. 123849. – DOI: 10.1016/ J.ENERGY.2022.123849.