Пределы горючести воздуха

Рассмотрим сначала обычное горение воздуха в смеси с топливом. При импульсном распылении топлива в воздухе в виде аэрозоля самым простым инициирующим воздействием, обеспечивающим зажигание и горение смеси является электрический разряд – искра.

В зависимости от концентрации топлива в смеси она поджигается при определенной мощности электрического разряда (Хвостов А.А.). График зависимости мощности от концентрации имеет ярко выраженный минимум, приходящийся на стехиометрическое соотношение топливо – воздух. Например, при зажигании пропано-воздушной смеси обычной электрозажигалкой для газовой плиты от бытовой электросети (220 В, 50 Гц) при длительности искры 10 мс и частоте следования 20…40 разрядов в секунду электрический ток в искре при зажигании смеси в зависимости от концентрации изменялся следующим образом (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Стехиометрическое соотношение пропан – воздух соответствует объемной концентрации пропана в смеси 4,0%. При среднем напряжении 100 В и токе 1 А мощность искры 100 Вт, а энергия 100 Вт × 10 мс = 1 Дж. Скорость фронта горения при выгорании облака смеси 10 м/с.

Пределы горючести воздуха в смеси с пропаном и другими топливами указаны в таблице 4.2.

Таблица 4.2.

Итак, наименьшая энергия искры требуется при зажигании смеси при стехиометрическом соотношении топливо – воздух (для пропана – 0,35 Дж). Вправо – влево от минимума энергия сильно возрастает. То есть смесь не поджигается: слева из-за того, что при малой концентрации топлива, соответственно, мало электронов – генераторов энергии и, соответственно, мало зон начала горения, которое в них гаснет за счет мощного охлаждения атмосферным воздухом, к тому же охлаждаемого еще на 10…20⁰С за счет испарения капель аэрозоля; справа от минимума смесь не поджигается из-за того, что много топлива и, соответственно, избыток электронов, которые нейтрализуют и положительные заряды искры и положительное излучение первичных зон горения, не давая им развиться и поддерживать реакцию горения в других зонах объема облака смеси. Здесь топливо выступает «душителем» реакции горения.

Для интересующей нас реакции горения при минимуме топлива (переобедненная смесь) лучшим является диапазон малых концентраций топлива слева от минимума энергии искры, так как малое количество электронов не будет «душить» реакцию горения, и в то же время малое количество топлива облегчит зажигание по сравнению с его полным отсутствием. Здесь целесообразно адресное микродозирование топлива непосредственно в зону искры, о чем речь пойдет ниже.

Теперь рассмотрим воздух без топлива. Для того лазерного взрыва воздуха, расчет которого приведен в /1/, энергия в луче 600 Дж, время действия 2 мкс, диаметр луча 1 мм, зона первичного взрыва 1 мм³, плотность энергии в этой же зоне составит 300 × 10⁶ ГВт/м³. В то же время для бензина, например, при взрыве в воздухе она составит 80 × 10³ ГВт/м³, то есть в 4000 раз меньше, чем для лазерного взрыва. Как видно, плотность энергии в лазерном луче очень высокая, другой пример – по сравнению с плотностью энергии в обычном проводнике с электрическим током плотность энергии в лазерном луче на 4 порядка выше. Но современный лазер невыгоден из-за чрезвычайно низкого коэффициента полезного действия (кпд), хотя если создать нетрадиционный лазер с кпд выше 90% /7/, то поджигать (взрывать) воздух лазерным лучом в двигателях, топках котлов и газотурбинных установках будет рентабельно.

Что происходит при взрыве воздуха в фокусе лазерного луча? Внешне и по фотографии вспышки – образуется светящаяся область взрыва объемом, для вышеуказанного лазера, 2 л. Первоначальный взрыв в малой зоне фокуса объемом 1 мм³, вмещающим 10²⁰ молекул воздуха, вызывает их активацию: повышение температуры, частоты и скорости в глобулах, давления. Одновременно, мощный поток электрино лазерного луча разрушает часть молекул не только на атомы, но на фрагменты вплоть до элементарных частиц. Свидетельством тому может быть тот факт, что присутствующие при таком взрыве получили ожог лица как при длительном загаре. Далее из эпицентра взрыва идут сферические волны: звуковая и ударная воздушная и эфирная; детонационная волна (взрывная). Встречаясь с объемом воздуха и уплотняя его, эти волны отражаются от уплотнений и идут в обратную сторону как отраженные. Эти колебания продолжаются некоторое короткое время. Неразрушенная часть активизированных молекул воздуха (кислород, азот…) лопаются под действием разности давления внутри них и – разрежения в обратной волне позади фронта. Электроны связи атомов в молекулах и, возможно, часть их структурных электронов, становятся свободными и начинают свою электродинамическую работу с положительными ионами в плазме по генерации энергии, то есть начинается (взрывное) горение воздуха. Частичный распад молекул кислорода, азота и других при горении называют фазовым переходом высшего рода (ФПВР) /7/.

Как видно, для инициации горения воздуха (без топлива) нужны: высокая плотность и скорость потока электрино, в частности, обеспечивающиеся в лазерном луче; уменьшение объема первичных зон (зоны) взрыва до микроразмеров (фокусировка); возбуждение разных ударных волн, колебаний среды, многократность действия, распыление добавок для облегчения зажигания в микрозонах.

Что еще, кроме лазера, зажигает воздух? Диски Серла! В них индукция (плотность магнитного потока) примерно 1,0 Тл. Почему же молния не поджигает атмосферу? Потому что плотность геомагнитного поля составляет 3,7 × 10^-5 Тл, то есть на 5…6 порядков меньше, чем в дисках Серла. В колоколе Гапонова пучности круговых звуковых волн воздуха вспыхивают от того, что он повышает плотность эфира наложением электрического поля высокого напряжения.

12. Необычность режима горения
при уменьшении расхода бензина в ДВС

Есть точно установленная и многократно проверенная мера энергии топлива – его теплотворная способность. Для бензина – 43,7 МДж/кг. Кпд двигателя не превышает 40 % (h£0,4). Если паспортный расход бензина в автомобильном двигателе, например, 10л/100км, то при скорости 100 км/ч расход будет, соответственно, 10 л/ч. Если расход топлива меньше 10 л/ч при тех же условиях, спрашивается: откуда энергия? Некоторые отвечают: за счет настройки двигателя. Пусть, предположим, удалось настроить двигатель так, что его кпд равен единицы (h=1). Даже в этом случае при той же мощности двигателя расход бензина должен быть

10 л/ч × 0,4/1,0 = 4 л/ч. А если расход меньше? Опять спрашивается: откуда энергия? Из этого простого рассуждения видно, что бензин – не энергоноситель. А поскольку кроме воздуха и бензина в двигателе ничего нет, то энергоносителем является воздух.

Пусть в 1 кг воздуха находится 24% кислорода, то есть = 0,24 кг; и 76% азота = 0,76 кг. С точностью до 2 а.е.м. на одну молекулу кислорода = 32 а.е.м. приходится 3,5 молекулы азота = 3,5´28 = 98 а.е.м. Возможное количество электронов – генераторов энергии:

- в кислороде 1 кг воздуха будет

;

- в азоте 1 кг воздуха ;

- в 1 кг топлива (типа изооктан С₈Н₁₈ m=114 а.е.м.) .

Здесь: 6×10²⁶ а.е.м. – число Авогадро, показывающее, сколько содержится атомных единиц массы (а.е.м.) в 1 кг любого вещества.

Как видно, из простого расчета, по электронам – генераторам энергии в процессе горения кислород 1 кг воздуха заменяет 1 кг топлива и азот 1 кг воздуха заменяет еще 7 кг топлива. То есть по максимуму 1 кг воздуха заменяет 8 кг топлива, а если взять по стехиометрическому соотношению 14 кг воздуха на 1 кг топлива, то эти 14 кг воздуха заменяют, соответственно, 14´8 = 112 кг топлива. То есть в автомобильном двигателе можно увеличить мощность при полном бестопливном горении в 112 раз либо, соответственно, уменьшить расход воздуха при той же мощности. Но это предельные цифры!

В воздухе присутствует также – влага. Например, при нормальных условиях (20⁰С, 1 атм) и относительной влажности 70% абсолютное влагосодержание воздуха составляет d = 10 г/кг воздуха (0,010 кг/кг); при стехиометрическом соотношении, соответственно, d_стех = 14d = 0,14 кг влаги. Поскольку известно, что влага также является топливом, и смеси 50/50% влаги и топлива обладают одинаковой теплотворной способностью с чистым топливом, то значит влага в составе воздуха, идущего на горение в двигатель, может заменить в данном случае топлива.

В наглядном виде все эти расчеты приведены на диаграмме. Без изменения конструкции двигателя средний минимальный расход бензина получен 0,5л/100км, а минимальный 0,1л/100км (на пуск, прогрев двигателя и перегазовки). При указанных выше условиях, в частности, скорость 100 км/ч, соотношение топливо – воздух в переобедненной смеси будет равно 0,1/14 = 1:140, что в 10 раз отличается от обычного в меньшую сторону. При некоторых изменениях конструкции расход топлива можно исключить.

Диаграммы

использования природной энергии в ДВС (ВАЗ 2106)

Режимы горения: (1) – обычный (а – зима, б – лето);

(2) – нетрадиционный;

(3) – перспективный.

1. При нормальных параметрах атмосферного воздуха: t=20°C, Р=1атм, влажность ср=70%.

2. Расход бензина, достигнутый на трассе, в литрах на 100 км.

3. Штатный расход бензина при номинальной нагрузке и скорости движения – 10 л/100 км.

4. Вместо топлива воздух поставляет электроны в плазму зоны горения.

5. Расход бензина на пуск и прогрев двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

13. Меры обеспечения стабильной
работы автомобильного двигателя
в бестопливном режиме

Двигатели ВАЗ-2105 и ВАЗ-2106 после настройки с магнитным оптимизатором – обработчиком воздуха до подачи его в цилиндры двигателя работали достаточно устойчиво в течение лета и части зимы 2002 года (2106 – по 14 ноября 2002 г.). Более того, при наезде порядка 5000 – 7000 км с оптимизатором его можно было снять и ездить на бестопливном режиме еще некоторое время за счет, видимо, наработки изотопов на стенках цилиндров. Работа двигателя в зимнее время показывает, что причиной нестабильности является не столько зима, сколько расстройство настройки двигателя и необходимость новой настройки по полной программе из-за существующей конструкции двигателя, чего не было сделано. Одной из главных причин был большой импульсный расход топлива при перегазовках, трогании с места… Тогда стенки цилиндров заливало топливом и изотопы (микрограммы) переставали работать как катализаторы, а индукции магнитного оптимизатора было недостаточно для восстановления режима.

Конечно, лучшей мерой было бы исключение топлива вообще и изменение конструкций двигателя совместно с усилением перечисленных выше факторов, способствующих горению, особенно плотности потока электрино в оптимизаторе (магнитной индукции), например, наложением электрического, возможно импульсного, поля высокого напряжения. Эти меры сняли бы все оставшиеся сложности, связанные с зажиганием воздуха.

Однако, следует поочередно рассмотреть и те меры, которые обеспечивают горение при минимальном расходе топлива, так как оно облегчает первичное зажигание.