Конверсия топлива и энергии
в неравновесном газе — от теории
к практике

История вопроса

Начало становления физики неравновесных газов следует отнести к 30-м годам ХХ столетия, когда экспериментально было доказано, что аномальные дисперсия и поглощение ультразвука в многоатомных газах связаны с нарушением равновесия между поступательными и внутренними степенями свободы при прохождении звуковой волны.

Энергия равновесного молекулярного газа находится, условно говоря, в трех энергетических резервуарах — поступательном, вращательном и колебательном. Эти резервуары сообщаются между собой, и энергия свободно может «переливаться» из одного резервуара в другой при переходе газа в неравновесное состояние. Предположим, мы уменьшили запас энергии в одном из резервуаров. Ясно, что энергия начнет поступать в него из соседних резервуаров. При увеличении запаса энергии в одном из резервуаров, энергия из него начнет поступать в соседние резервуары. Более того, в неравновесном газе одновременно с энергообменом между резервуарами происходит обмен колебательными квантами между молекулами внутри колебательного резервуара. Но из-за ангармонизма колебаний атомов в молекуле процесс обмена энергией носит несимметричный характер. То есть, при столкновении двух молекул с разной степенью возбуждения, происходит дополнительное возбуждение более энергичной молекулы, которое может привести даже к диссоциации молекулы.

Это известное в науке явление имеет свое название — механизм Тринора. Специалистам известно и время — так называемое время релаксации, в течение которого указанное явление может происходить.

Два примера процесса рождения неравновесного газа

Скоростное охлаждение продуктов конверсии топлива (~10 мкс) вызывает неравномерное охлаждение степеней свободы молекул. Сначала охлаждаются поступательные и вращательные степени свободы, а затем — колебательные.

Химические реакции окисления топлива неравномерно нагревают степени свободы молекул. Сначала нагреваются колебательные и вращательные степени свободы, затем — поступательные.
Взрывы и детонация топливных смесей представляют собой наиболее яркий пример самостоятельного и неуправляемого перехода равновесной топливовоздушной смеси в неравновесный газ с последующей, практически мгновенной, релаксацией.

Особенность технологии «Кванттор» — все вышеуказанные физикохимические процессы управляемы.

Перспективы применения неравновесных газов в технологических процессах

Начало 21 века, по мнению многих специалистов, – это этап зарождения нового технологического уклада, базирующегося на научных открытиях. Преимущество нового уклада (в сравнении с предыдущим) будет состоять в резком снижении энергоемкости и материалоемкости промышленного производства.

В США, Китае, Японии и ряде других странах ведутся активные исследования в этом направлении. За счет развития целого комплекса технологий нового уклада каждая из стран рассчитывает вырваться вперед в гонке технологий и первой внедрить их в промышленность, что стало бы залогом экономического лидерства и военного превосходства в течении ближайшего полувека.

Проблема технологического барьера в наибольшей степени актуальна для науки и промышленности США. Но перед тем же барьером стоят страны ЕС, Япония и Россия.

Например, в оборонной промышленности при создании авиакосмического оружия (прежде всего, гиперзвукового), сегодняшнюю ситуацию уже можно описать термином «технологический барьер». В него упираются все разработчики и производители оружия из передовых, в военно-технологическом отношении, стран мира. Рост стоимости военных разработок не гарантирует пропорционального роста возможностей новой техники, имеет место снижение отдачи с каждого вложенного доллара. Например, стоимость самолетов, ракет и турбореактивных двигателей, с каждым следующим поколением будет расти почти в десять раз, что потребует увеличения жизненного цикла техники и повышения роли работ по её модернизации.

При этом, нужно отчетливо понимать, что стремление повторить и развить (модернизировать) уже отработанные промышленные технологии лидеров, отберет гораздо больше сил и ресурсов, чем борьба за лидерство в технологиях нового уклада.

Соответственно, любые усилия вне критических технологий могут дать лишь временный эффект, который не имеет решающего значения в будущем. Внедрение современных технологий - ключевой фактор конкуренции.

Сегодня, доля новых знаний, воплощаемых в современных технологиях, в развитых странах достигает более 80% прироста ВВП.

При монопольном использовании более эффективных технологий, можно долгосрочно получать сверхприбыли за счет присвоения интеллектуальной ренты.

Только достижения высоких научных результатов в критических технологиях обеспечат прорыв на совершенно новый технологический уровень.

Вот почему, будущие успехи любой страны напрямую зависят от её государственной научно-технической политики.

Предлагаемый нами Проект КВАНТТОР можно по праву считать прорывом на новый технологический уровень.

Проект КВАНТТОР базируется на научном открытии инерционной диффузии - «Установлено неизвестное ранее явление колебательной (квантовой) диссоциации молекул, вызванное аномально высоким энергообменом между колебательно возбужденными молекулами, движущимися в газовом потоке, постоянно изменяющем направление своего движения. При этом, степень диссоциации возрастает пропорционально увеличению скорости взаимного перемещения колебательно возбужденных молекул. Это явление обусловлено возникновением в вышеуказанных газовых потоках инерционной диффузии колебательно возбужденных молекул».

Открытие было сделано в результате многолетних теоретически и экспериментальных исследований различных явлений, технологий и устройств.

Прежде всего:

• технологий с участием водорода;
• вихревых явлений, в целом и в вихревых трубах Ранка - Хилша, в частности;
• детонационных процессов, в целом и детонации метановоздушных и водородокислородных смесей, в частности;
• процессов прямого преобразования химической энергии топлива в кинетическую энергию, происходящих в тепловых соплах, термопрессорах, реакторах «Кванттор» и т.д.

Были детально исследованы процесс образования вихрей и аномальное* разделение в вихрях сплошного потока на два - горячий и холодный (с изначально одинаковой температурой по всему сечению потока).

Собрана достоверная научно-физическая база для точного расчета и компьютерного моделирования вихрей, тепловых сопел, термопрессоров и процессов окисления углеводородов.

Достоверность базы подтверждена экспериментально. Экспериментам предшествовала совместная работа с «Computational Dynamics-Analysis & Design Application Company Ltd» (программное обеспечение CD-adapco используют 14 из 15 крупнейших автопроизводителей, вся первая десятка поставщиков продукции для аэрокосмической промышленности и девять из десяти крупнейших производителей в энергетическом и морском секторах).

* Широко известно - в центробежном поле, например, в газовых центрифугах для обогащения урана, более тяжелый продукт отбрасывается к периферии, а в вихре имеем парадокс – здесь, наоборот, на периферии оказывается горячая, т. е. более легкая фракция.