Ljudvågor och väggfriktion kan ge snabbare förbränning
Tack vare förbränning kan vi få energi som ger oss värme, ljus, varm mat och möjligheter att resa. Arkady Petchenko, Umeå universitet, visar i sin avhandling att såväl ljudvågor som förbränningskammarens väggar påverkar förbränningshastigheten i t.ex. bilmotorer och kraftverk.
Den primitiva människan som jagar mammutar, den rika godsherren som vilar sig framför eldstaden i sitt slott och affärskvinnan som lutar sig tillbaka i flygplansstolen – trots att de tillhör olika tidsperioder har de alla kunnat dra nytta av förbränning. I slutet av 1800-talet påbörjades systematiska vetenskapliga beräkningar av förbränning. Men redan från förhistorisk tid har människor försökt förstå eldens natur, från persiska elddyrkare till den grekiske titanen Prometheus, som enligt myten gav elden till människorna.
Ett av huvudproblem inom modern förbränningsvetenskap är att beräkna förbränningshastigheten genom att t.ex. ta reda på hur hastigheten påverkas av olika kemikaliska och fysikaliska egenskaper i bränslet och av geometrin i förbränningskammaren. De flesta flammor, t.ex. i bilmotorer och gasturbiner, har en böjd form. Sådana flammor har en större yttre area och de förbrukar därför mer bränsle per del och tid. Som ett resultat av detta utvidgar dessa flammor sig också snabbare än plana flammor. Länge trodde man att ett virvlande flöde var den huvudsakliga faktorn som påverkade flammans snabbhet. Andra, väldigt viktiga fenomen, som flammornas interaktion med väggarna i förbränningskammarna och med ljudvågor utelämnades i många fall.
Arkady Petchenko har tillsammans med sina kollegor studerat dessa och andra fenomen som är relaterade till flammornas dynamik. Deras forskning har baserats på både teoretiska analyser och simuleringar av förbränning. De har visat att virvelrörelser inte är huvudorsaken till att flammor böjs, även om de märkbart bidrar till att öka förbränningshastigheten. Av större betydelse för förbränningshastigheten är dock friktion i förbränningskammarens väggar och interaktion mellan flammor och ljudvågor. Friktion i väggarna leder till att flammorna accelererar obegränsat ändra fram till explosionsögonblicket. Positionen och tiden vid ögonblicket för explosionen har dessutom bestämts. Flammornas interaktioner med ljudvågor kan också öka förbränningshastigheten 20-50 gånger.
Arkady Petchenko undersöker i sin avhandling effekter inom förbränningsteorin som tidigare inte har blivit fullständigt undersökta. Resultaten kan komma till användning vid olika laboratorier och industrier, bl.a. vid viktiga säkertsföreskrifter och vid konstruktion av ottomotorer i bilar, pulsdetonationsmotorer i moderna flygplan och gasturbiner i kraftverk.
Fredagen den 21 september försvarar Arkady Petchenko, institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln Numerical study of flame dynamics. Disputationen äger rum kl. 13.00 i föreläsningssal KB3A9, KBC-huset, Umeå universitet. Fakultetsopponent är doktor Leonid Kagan, Exact Sciences Department, Tel Aviv University, Israel.
Kontaktinformation
För ytterligare information, kontakta:
Arkady Petchenko
Telefon: 090-786 99 85
E-post: arkady@tp.umu.se
