Экология и техносферная безопасность

Проводимые в 2015-2016г. исследования лаборатории «Механики и энергетических систем», связанные с созданием энергетических систем с высоким термодинамическим КПД, показали актуальность междисциплинарных исследований. В рамках данного направления лабораторией начаты работы по трем проектам:

  • Создание перспективной системы пожарной защиты для аэро-космических систем и наземных особо ответственных и опасных производств;
  • Урбанистика в части анализа аэродинамики эмиссии и трансфера в пределах города загрязняющих веществ  и дымов от пожаров;
  • Снижение токсичных выбросов в атмосферу автомобильным и авиационным транспортом, а также энергетическими  и  газо-перекачивающими станциями.

 

Данные работы ведутся также в рамках перспективных направлений развития Университета ИТМО, таких как криогенные, энергосберегающие и биологические технологии, системы жизнеобеспечения.  Ниже описаны основные задачи и цели работ в рамках указанных направлений.

 

Создание перспективной системы пожарной сигнализации

Задача: Создание перспективной комбинированной системы пожарной защиты для авиалайнеров следующего поколения, а также наземных объектов повышенной опасности (химические производства, взрывоопасные производства, нефтехранилища и т.д.).

Актуальность: Одной из главных целей государственной политики Российской Федерации в области авиационное деятельности является повышение авиационное безопасности и безопасности полетов воздушных судов. Приоритетные направления в авиационной области включают, в том числе:

  • повышение уровня безопасности полетов государственной, гражданской и экспериментальной авиации;
  • осуществление мер по исключению критической зависимости Российской Федерации от зарубежных стран в области авиационной деятельности.

На данный момент современные системы пожарной сигнализации для гражданских воздушных судов в России серийно не производятся. В настоящее время отечественная промышленность не выпускает серийно датчики-сигнализаторы дыма/перегрева, которые бы надежно определяли задымление в пожароопасных отсеках самолетов и вертолетов.

Главная проблема применения современных систем пожарной защиты - большое количесто ложных срабатываний.

Работы ведутся в направлении традиционных оптических извещателей о пожаре, но с приданием им новых свойств за счет введения дополнительных каналов; в направлении квантовых нефелометров, обладающих непревзойденной избирательностью; а также в направлении дифференциальных рамановских лидаров.  

 

Эффекты от внедрения результатов проекта: Создание нового вида системы пожарной сигнализации, обеспечивающей исключение большинства причин ложных срабатываний, высокое быстродействие, возможность предсказания возникновения пожара. А также, снижение критической зависимости от импорта авиационных приборов и систем путем импортозамещения элементов авиационных систем пожарной сигнализации отечественными, отвечающими современным авиационным стандартам. Разрабатываемый комплекс пожарной защиты может найти применение не только в авиалайнерах МС-21, Сухой Суперджет - 100, Ту-204/214 и других воздушных судах, для которых он создается, но и на наземных пожаро-взрывоопасных объектах, т.к. принципы обеспечения устойчивости к ложным срабатываниям, заложенные в его основу, носят универсальный характер.

Новизной, отличающей, разработку от непосредственных зарубежных аналогов, является применение новых методов и технологии проектирования элементов системы и ее программирования, обеспечивающих полное соответствие современным авиационным стандартам (DO/KT-254, ARP4754A, DO-160G, DO-178C), что упрощает последующую сертификацию.

 

Урбанистика в части анализа аэродинамики эмиссии и трансфера в пределах города загрязняющих веществ  и дымов от пожаров

Задача: Моделирование загрязнения воздуха и оценка концентрации загрязняющих веществ в воздухе, вызванной ростом промышленности, случайным выбросом, а также движением транспорта.

Актуальность: Модели расчетного мониторинга загрязнения атмосферы являются важным инструментом разработки региональных экологических программ. Моделирование распространения примесей в атмосферном воздухе города требует учета многих факторов, влияющих на качество среды. Каждый из этих факторов имеет свои специфические особенности, что приводит к необходимости использования для их учета разных математических моделей и баз данных.

Эффекты от внедрения результатов проекта: учет аэродинамики города при проектировании новых высотных объектов и микрорайонов. Создание системы текущего мониторинга эмиссии и трансфера загрязнений сначала на отдельных крупных промышленных объектах, а затем для всего города в целом.


Моделирование загрязнения атмосферы


Аэрродинамика высотных зданий

 

Снижение токсичных выбросов в атмосферу

Выбросы NOx являются одной из основных причин образования фотохимического смога. Взаимодействуя с парами воды, они образуют азотную кислоту и вместе с оксидами серы являются причиной образования кислотных дождей. Повышенное содержание NOx оказывает вредное воздействие на здоровье человека, поэтому в разных странах принимаются все возможные меры по снижению и ограничению максимально допустимых концентраций NOx в выбросах электростанций, газотурбинных установок, автомобилей, самолетов и т.д.

К настоящему времени существует большое количество методов снижения выбросов оксидов азота как на стадии сжигания топлива, так и очистки газов на стадии охлаждения продуктов сгорания. Последние являются высокоэффективными методами, позволяющими обеспечить требуемые уровни выбросов оксидов азота и достаточно широко применяются. Однако являются высокозатратными, что делает внедрение данных технологий на территории Российской Федерации крайне маловероятным в обозримом будущем.

Решение, предлагаемое лабораторией, предусматривает сжигание сверхбедной смеси в присутствии холодной неравновесной плазмы. Что позволит снизить удельный расход топлива, стабилизировать горение, снизить выбросы NOx на 80%, увеличить скорость сгорания по сравнению со стехиометрической смесью в 10 раз и сократить длину камеры сгорания.


Расчет сверхзвукового горения в укороченной камере сгорания