VI городская конференция детских образовательных проектов
«Взгляд в будущее»
Тема: «Активизация сжигания топлива»
Автор: Сахарчук Сергей
г. Красноярск,
Железнодорожный район,
школа №19, 9 класс
Научный руководитель:
ведущий инженер ЦКБ «Геофизика»
г. Красноярск 2011г
Содержание
I. Аннотация………………………………………………………………………
II. Введение……………………………………………………………………….
§1. Топлива………………………………………………………………………..
§2. Горение. ………………………………………………………………..
§3. Дудышев В Д. …………………………………………………………
§4. Новые технологии сгорания топлива.……………………………
III.Описание работы……………………………………………………………..
IV. Источники информации……………………………………………………..
Аннотация
Сахарчук Сергей
г. Красноярск, МОУ СОШ № 19, 9 класс
«Активизация сжигания топлива»
руководитель: Ф., учитель ТРИЗа
Цель исследовательской работы: исследовать процесс сжигания топлива в присутствии катализатора - постоянного электрического поля.
В данной работе затронута актуальная проблема внедрения в повседневную жизнь новых технологий сжигания топлива. Более полное сжигание топлива позволит решить проблемы сбережения топливных запасов, которые стремительно исчезают на Земле.
Кроме того, не менее актуальна проблема сокращения выбросов отходов горения в окружающую среду. Их можно уменьшить, если создать условия для полного сгорания топлива. В данной работе в качестве катализатора улучшения горения топлива взято сильное электрическое поле. Существуют и другие способы решения проблем, но в данной работе они не рассматриваются. В результате проведенного эксперимента можно сделать вывод о влиянии постоянного электрического поля на процесс горения сухого спирта и перспективах применения этой технологии для улучшения показателей сжигания топлива.
Введение
§1. ТОПЛИВА
ТОПЛИВА (T) - это вещества, которые при сжигании выделяют значительное количество теплоты и используются как источники получения энергии. Большинство этих веществ - различные углеродистые вещества от почти чистого С (углерода) до сложных органических соединений. Некоторые виды топлива не содержат С, например,
Н ( водород). Несмотря на то, что водород идеальное топливо, использование его затрудненно из-за дороговизны получения и взрывоопасности при применении.
Топлива подразделяют: по агрегатному состоянию - на твердые, жидкие и газообразные; по происхождению - на природные и искусственные, получаемые в результате переработки природных Т. По назначению - на моторные, котельные топлива и др. В настоящее время около 99% мировой потребности в моторных Т. обеспечивается за счет переработки нефти.
За последнее столетие выросла численность населения. Если в XV веке по мнению историков, людей на Земле было не больше 300 миллионов, то сейчас эта цифра в 20 раз больше; 6 миллиардов. Рост численности населения по прогнозам остановится, когда нас станет более 10 миллиардов. Как замечательно, скажете вы, что нас так много. Но рост население влечет за собой колоссальный рост энергозатрат. По прогнозам, сделанным на основе всестороннего анализа, ископаемого топлива хватит еще лет на 100 – 150.
Острота экологических проблем в мире нарастает, грозя перерасти в глобальную экологическую катастрофу. Большая роль играют в этом экологические характеристики топлива и продуктов их сгорания. Поскольку углеводородные топлива являются сложными химическими веществами, а технологии сжигания пока несовершенны, то в процессе горения образуется целый «букет» попутных веществ и токсичных газов. Свойства топлива, значительной степени, определяются их химическим составом. Главные составляющие Т: С, H и примеси соединений, содержащих S, N, О, металлы и др.
Ежегодные выбросы в атмосферу продуктов сгорания топлива достигают громадных количеств! более 50% выбросов - СО, оксидов азота и углеводородов - результат использования моторных топлив. Токсичность отработавших газов, как правило, уменьшается при применении альтернативных топлив. К началу 21 в. использование альтернативных моторных Т. может достигнуть 5-7% от их общего производства. Наиболее перспективны природные и сжиженный нефтяной (попутный) газы, метанол, метил – трет - бутиловый эфир, синтетические топлива из угля и тяжелой нефти.
Главной причиной загрязнения атмосферы в больших городах является именно несовершенство технологии сжигания топлив. Их вклад в загрязнение атмосферы планеты приближается к 70 – 80 %.
Подчеркивает важность усовершенствование технологий сжигания топлива и тот факт, что в начале февраля 2009 года в газете «Экономика» появилось сообщение о том, что министерство экономики РФ, невзирая на кризис и, как следствие, запрет на финансирование новых программ, планирует разработать новую федеральную целевую программу (ФЦП) по энергоэффективности. (2)
Интерес к энергосберегающим технологиям проявляют и зарубежные компании. В частности, концерн Siemens AG будет внедрять технологии энергосбережения в Екатеринбурге и Свердловской области. Соглашение об этом было подписано Министерством энергетики, представлениями концерна и руководством региона.
Есть еще одна проблема: это сами углеводные топлива, используемые в современных тепловых процессах. Многие топлива - это сырье для химической промышленности. Из нефти и газа производится масса различных синтетических материалов – без них мир сегодня не смог бы существовать. Ещё великий русский учёный в своё время сказал, что использовать нефть для сжигания это всё равно, что топить печь денежными ассигнациями.
Для того чтобы разумно использовать
§2. Горение.
Горение – одно из самых сложных явлений. С научной точки зрения горение – это цепная реакция последовательного дробления частиц топлива на все более мелкие заряженные радикалы, процесс преобразования химической энергии межмолекулярных связей в тепло, свет.
Эффективность огневых технологий – горение топлива – довольно низкая. КПД тепловых двигателей в лучшем случае достигает 40 % (1). До сих пор интенсивность горения топлива повышали преимущественно посредством воздушного дутья в зону горения, то есть заведомо увеличивают объём отходящих газов в атмосферу. В обычных традиционных видах горения отношение окислителя (воздуха, кислорода) к топливу 16 : 1, поэтому при неполном сгорании топлива образуется большое количество газовых отходов.
§3.
Проблемой энергосберегающих технологий занимается российский учёный
– доктор технических наук, профессор Самарского технического университета, член корреспондент РАН (экология), учёный – революционер и одновременно учёный – энциклопедист, специалист по быстрому выявлению противоречий и парадоксов в науке и технике и выдвижению идей для их устранения. Он изобретатель с особым тонким чутьём и нетрадиционным решением глобальных проблем цивилизации в области естествознания, экологии, космонавтики, энергетики, профессиональный изобретатель. Опубликовал уже более 300 статей и докладов, и имеет много интересных изобретений в разных сферах техники, порядка 200 зарегистрированных изобретений. Основатель многих новых научных направлений – в глобальной экологии, в нетрадиционной энергетике, в огневых технологиях, в тепловых и электрических машинах и многих иных областях техники и науки… Им разработана новая общая теория природных явлений, в которой по - новому объяснены все природные явления на основе электромагнитных Солнечно – Земных связей, природного электричества и открыты их взаимосвязь с практически всеми природными явлениями и единый энергетический механизм через единый электромагнетизм и природную электромеханику. Предложены пути управления природными явлениями в частности по предотвращению ураганов, землетрясений, вулканов и прочего.
§4. Что же в современной науке подразумевается под новыми технологиями сгорания топлива?
предлагает способ, как сделать процесс сжигания углеводородного топлива экологически чистым, более эффективным.
Необходимо создать такие условия горения органического топлива, ввести такой катализатор горения, при которых энергия химических межмолекулярных и внутримолекулярных связей органического топлива почти полностью высвобождается, превращаясь в энергию электромагнитного излучения, например в световую и тепловую энергию, без образования экологически вредных веществ и газов. После чего направленным и сконцентрированным электромагнитным излучением с использованием эффектов отражения и концентрации электромагнитных волн можно эффективно нагревать рабочее тело (например, воду), либо превращать электромагнитное излучение непосредственно в электроэнергию. В том случае возникает возможность предельно снизить объём окислителя, т. е. сократить объём отходящих газов, образующих в процессе горения органики.
Возможно ли в принципе такое «чистое» горение органических веществ если использовать в качестве катализатора электрическое поле? Да, возможно, считает , но при правильно выбранных параметрах этого поля. Точнее, если правильно «приручить» гигантские кулоновские силы электрического поля путём взаимодействия электрически заряженных частиц топлива, окислителя и отходящих газов с силовыми линиями электрического поля. предлагает в камере горения пламя и отходящие газы обрабатывать сильным переменным или постоянным электрическим полем, образованным в зазоре между электродами. Электрическое поле каталитически воздействует не только на факел пламени, но и на отходящие газы. Сущность процесса в том, что в электрическом поле многократно ускоряют процессы дробления и окисления радикалов и молекул токсичных окислов. В результате взаимосвязанного регулирования всех перечисленных выше параметров достигается более полное и интенсивное «чистое» сжигание любого топлива.
Исследования многократного влияния электрического и высокочастотного электромагнитных полей подтвердили реализуемость таких практически идеальных условий горения топлива. В качестве катализатора использовались маломощные постоянные и переменные электрические поля с напряженностью от 1 кВ/см и выше. А также электромагнитные высокочастотные поля малой мощности.
Форма факела пламени в электрическом поле разительно отличается от его формы при обычном горении. Факел становится почти плоским, что подтверждает повышение интенсивности сгорания веществ. Причем чем выше напряженность электрического поля, тем выше интенсивность горения и очистки токсичных газов. Использование электрического поля в качестве катализатора позволяет при дефиците окислителя (соотношение массы топлива и окислителя 1: 1 ) сохранить прежнюю мощность и сократить объем отходящих газов любых тепловых машин в 10 – 15 раз. При этом опыты, проводимые на солярке и мазуте, показали, что из состава отходящих газов вообще устраняются сажа и углеводороды. Содержание окисей углерода и азота снижается в 4 – 8 раз, а светимость пламени увеличивается в 5 – 10 раз. По сути, эксперименты подтвердили гипотезу о возможности эффективного экологически чистого горения с устранением экологически вредных токсичных компонентов в отходящих газах в результате воздействия на топлива электрическими полями. Электрическое поле, прямо воздействующее на пламя, и эмиссия потока электронов в пламя могут наиболее эффективно интенсифицировать процесс горения и сделать его экологически чистым безвредным для человечества и окружающей среды ( При этом затраты на создание поля не превышают 1 -3 % от тепловой энергии факела пламени.)
Описание работы
В данной экспериментальной работе в качестве топлива берется сухой спирт, как наиболее доступный в школе вид топлива. В работах говорится о том, что эффективность сжигания топлива увеличивается в электрическом поле для всех видов топлива, но проверка проводилась в основном на жидких топливах. Автору тех работ принадлежат исследования топлив, применяемых в ДВС. Кроме того, принадлежат практические разработки приспособлений, улучшающие показатели сгорания топлива в ДВС. Нам же хотелось проверить, как эта технология работает в обычных условиях при сгорании твердого топлива.
Мы предполагаем, что при сгорании спирта в электрическом поле выделится больше тепла, чем при горении в обычных условиях. Надеемся увидеть изменения в форме пламени, помещенном в электрическое поле.
Эффективность сгорания топлива оценивалась по степени нагретости одинаковых масс воды (0,150 кг)
и при сжигании одинаковых масс топлива – сухого спирта.
Прочие условия также били идентичными: начальные температуры воды, электроды присутствовали при сжигании спирта не только в электрическом поле, но и при отсутствии такового, чтобы в обоих опытах было экранирование, которое оказывает существенное влияние на поступление окислителя (воздуха) и обмен теплом с окружающей средой.
Поле, в которое было помещено пламя, создавалось школьным высоковольтным преобразователем напряжения «Разряд – 4», работающим от источника постоянного тока 12 В. .
Величина постоянного электрического поля была 5 кВ, расстояние между электродами 5 см, в результате получилась напряженность электрического поля 5 кВ/см. В качестве электродов использовались пластины, покрытые медью. Пластины крепились клеем к керамическим плиткам, на которых осуществлялось сгорание сухого спирта.
Так как прочие условия горения были одинаковыми ( массы и удельные теплоемкости воды), то о количестве теплоты, выделившейся при сгорании спирта судили по разности температур нагретой в опытах воды. Кроме непосредственных измерений, в данной работе проводилось наблюдение за формой пламени. предполагает, что более плоское к электрическом поле пламя свидетельствует о более полном сгорании топлива.
В опыте, когда спирт не помещали в электрическое поле, результаты были такими:
· T1 = 18 С
T2 = 59 С
T2 –T1 = 41 С
· При горении сухого спирта без влиянии электрического поля спирт с треском разлетался в разные стороны и форма пламени была вытянутой. Но в данном опыте пламя касалось колбы и эффективно шло поступление тепла к воде.
В опыте, когда спирт помещали в электрическое поле, результаты были такими:
T1= 20 С
T2 = 61 С
T2 –T1 = 41 С
· При наличии катализатора (постоянного электрического поля напряженностью 5 кВ/см) спирт вел себя мирно, пламя было плоским и не столь вытянутым вверх. По мнению , это свидетельствует о более полном сгорании топлива. Видно из опыта, что электрическое поле влияет на пламя. Но в данном опыте пламя не касается колбы и сложно сравнивать эффективность теплообмена по сравнению с горением без поля в предыдущем опыте.
T1 – начальная температура воды
T2 – конечная температура воды
Результаты получились следующие:
· Из опыта видно, что при сгорании топлива в электрическом поле выделяется незначительно больше тепла, чем при горении в обычных условиях, что можно объяснить как разлетанием горящих кусочков спирта при горении в обычных условиях, так и более полным сгоранием топлива, помещенного в электрическое поле. Если бы во втором опыте пламя касалось колбы, то вода получила бы большее количество тепла. По условиям эксперимента колба располагалась в обоих опытах на одинаковых расстояниях от спирта. Более округлая и компактная форма пламени в электрическом поле была существенно ниже дна колбы. На наш взгляд это оказало большое влияние на передачу тепла воде и снизило показатели Т2 в опыте с электрическим полем.
· Что бы сравнить разность температур в опытах повторили эксперимент. На этот раз расположение колб относительно спирта было снижено, и в обоих случаях дно колбы касалось пламени.
В результате разность температур при горении в обычных условиях оказалась: Т2 – Т1 = (Т1 = , Т2 = ), горение сухого спирта в электрическом поле : Т2 – Т1 = (Т1 = , Т2 = ) что позволяет сделать вывод о более эффективном горении топлива в электрическом поле.
· Несомненным является факт влияния постоянного электрического поля на процесс горения сухого спирта.
Выводы:
Электрическое поле оказывает влиянии на процесс горения и должно рассматриваться в качестве перспективной технологии более эффективного качественного сгорания топлива.
Источники информации
1. Физика. 8 класс. Дрофа. Москва. 2006.
2. http://*****/economics/2009/02/02/145552/html
3. http://*****/nj/nz/1986/0301.htm О запасах топлива.
4.Ю. Коптев Солнце работает на нас. «Детская литература» Ленинград 1983г.
