Ученые Самарского национального исследовательского университета им. академика С.П. Королева смоделировали на суперкомпьютере механизм образования сажи. Результаты исследования помогут уменьшить уровень образования сажи в двигателях, использующих углеводородное топливо.
С помощью университетского суперкомпьютера "Сергей Королев" ученые смоделировали механизм образования зародышей сажи и рассчитали константы скорости возможных химических реакций.
"В современном мире большое внимание уделяется уменьшению вредных выбросов от двигателей внутреннего сгорания и других устройств, работающих на углеводородном топливе. Важным при этом является контроль уровня образования сажи, которая не только загрязняет окружающую среду, но и уменьшает срок службы техники. Но чтобы контролировать выбросы сажи, нужно понимать механизм образования сажевых частиц, однако этот вопрос в мировой науке до сих пор слабо изучен, единой теории о механизме сажеобразования пока не существует", - рассказала старший научный сотрудник научно-образовательного центра газодинамических исследований Самарского университета Анна Савченкова.
Наименее изученный вопрос в этой сфере - как именно зародыши сажи образуются из нескольких молекул полициклических ароматических углеводородов. Самой популярной является химическая теория: зародыши сажи образуются за счет соединения двух молекул ПАУ с образованием прочной ковалентной связи. Ученые Самарского университета изучили образование таких соединений для систем, включающих важные ПАУ, которые присутствуют в продуктах сгорания углеводородных топлив: нафталин, антрацен и пирен.
"Поскольку изучать кинетику таких взаимодействий экспериментально весьма затруднительно, наше исследование проводилось высокоточными квантово-химическими методами на суперкомпьютере "Сергей Королев". Мы предположили механизм димеризации, просчитали относительные энергии всех промежуточных соединений, а также продуктов и реагентов и определили константы скорости возможных реакций. Включение полученных в нашем исследовании констант скорости в кинетические механизмы значительно повысит их точность в предсказании образования димеров ПАУ, что в конечном счете позволит более точно прогнозировать образование сажи при сгорании углеводородных топлив, а значит, даст возможность решения многих экологических задач", - подчеркнула Анна Савченкова.
Фото: id1974 / ru.123rf.com
