Учёные Сибирского федерального университета (г. Красноярск) совместно с коллегами из (г. Новосибирск) изучили редкий эффект вихревого течения в газах и жидкостях – двойной вихревой жгут. Этот эффект проявляется, в частности, во время сжигания угля в вихревой топке. Эксперименты и численная модель этого процесса помогут выяснить, как стабилизировать горение, повысить его эффективность и уменьшить количество вредных выбросов. Исследование поможет конструировать оптимальные вихревые котлы для отопления жилых и производственных сооружений. По словам учёных, изученный эффект работает не только в области угольного горения, но также свойственен для газового горения, каталитического преобразования углекислого газа, механизмов получения водорода. Статья «Численное моделирование двойной спиральной вихревой структуры в тангенциальной камере» авторов А.В. Сентябова, Д.В. Платонова, С.И. Шторка, С.Г. Скрипкина, А.В. Минакова опубликована в журнале International Journal of Heat and Fluid Flow.
«Ранее была построена экспериментальная модель, на которой изучались различные вихревые эффекты. Было изучено, какие существуют режимы течения, исследованы способы их контроля, и теперь в численном эксперименте нам удалось воспроизвести один из таких режимов», – рассказал соавтор исследования, доцент кафедры теплофизики Андрей Сентябов.
Учёный отметил, что задача эта нетривиальная, поскольку речь идёт о сложном турбулентном трёхмерном течении, и получить такой неустойчивый тонкий эффект в расчётах не удавалось ранее, красноярские и новосибирские учёные стали первыми, кому это удалось. Результаты моделирования показали хорошее совпадение с экспериментальными результатами.
«Двойной вихревой жгут – эффект вихревого течения в газовой или водной средах. Это физическое явление, в природе которого следует лучше разобраться, чтобы сделать сжигание угля для производства электроэнергии продуктивнее и экологичнее. Также этот эффект важен для работы фотокаталитических преобразователей, которые помогают превратить диоксид углерода (CO2) в топливо на основе метана (CH4). Кстати, в турбинах гидроэлектростанций вода тоже может создавать такие «жгуты», но там этот эффект считается одним из негативных, подлежащих устранению», – продолжил Андрей Сентябов.
Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ № 21-19-00769.