К физическому механизму горения воздуха

Процессы с воздухом и кислородом

Рассмотрим случаи возгорания или взрыва без присутствия топлива. Таких случаев набирается уж достаточно много:

1. Взрыв воздуха в фокусе лазерного луча;

2. Взрыв чистого кислорода;

Самовозгорание при контакте воздуха:

3. с редкоземельными металлами (РЗМ);

4. с объектами, в том числе, живыми людьми;

5. с магнитными порошками;

6. в дисках Серла;

7. в колоколах Гапонова /20/.

Взрыв воздуха на лазерном луче подробно описан в /1/. Там же дан расчет параметров взрыва, показывающий, что по экспериментальным данным мощность взрыва в 50 раз больше мощности, затраченной лазерным лучом на его инициацию. Лазерный взрыв показывает, что воздух является самодостаточным веществом для горения, то есть ему для горения топливо не нужно.

Взрыв чистого кислорода также описан ранее, и показывает, что, конкретно, – горит кислород, то есть не весь воздух. В чистом кислороде в связи с наличием одновременно прямого и обратного фазового перехода молекулы ↔ атомы всегда есть и другие. Судя по тому, что чистый кислород без инициирующего воздействия не горит, в нем отсутствуют свободные электроны, необходимые для этого процесса. То есть распад молекулы кислорода на атомы происходит по реакции

О₂ → О⁺ + О^-

или с учетом электрона связи атомов

ОеО → О⁺ + (Ое)^-.

Такая же реакция идет и при обычном горении: молекулы кислорода распадаются на положительные и отрицательные ионы. Последние представляют из себя совокупность связанных между собой электрически положительного иона и электрона. Для того, чтобы кислород стал гореть, нужен свободный электрон. Он может образоваться, отсоединяясь от отрицательного иона по реакции

(Ое)^- → О⁺ + е

как при горении (взрыве) чистого кислорода в результате какого-либо воздействия (удар…). Либо – свободный электрон поставляется топливом как при обычном горении, в том числе, взрыве чистого кислорода в присутствии следов, например, смазочного масла.

В отличие от чистого кислорода воздух имеет балласт в виде азота, который при обычных условиях не горит, так как его энергия связи атомов в молекулу в два раза больше, чем у кислорода. Поэтому кислород горит в первую очередь. Более того, молекулы азота, как отрицательно заряженные объекты, образуют защитную оболочку вокруг каждой молекулы кислорода, единственно имеющих положительный заряд среди газов, составляющих воздух. Азотный экран препятствует горению воздуха при обычных условиях.

Для того, чтобы горение воздуха началось необходимо:

· разрушить структуру агрегатов воздуха, в том числе, азотную оболочку, и освободить молекулу кислорода;

· разрушить молекулу кислорода на положительный и отрицательный ионы;

· доставить в зону горения свободный электрон:

- либо от топлива как при обычном горении;

- либо от постороннего источника;

- либо от отрицательного иона кислорода путем его разрушения.

В последнем случае горение воздуха будет бестопливным автотермическим.

При горении воздуха с редкоземельными металлами свободные электроны, как видно, поставляются от металлов как от топлива. Кроме того, вихри электрино атомов РЗМ разрушают кислород на атомы. Наличие свободного электрона, хотя бы одного, и положительно заряженных атомов кислорода достаточно для горения воздуха. При горении кислород окисляет металл, образуя окислы.

Любое горение воздуха идет одинаково, в том числе, самовозгорание живых и неживых объектов, магнитных порошков. Особенностью последних является то, что магнитные порошки, например, самарий – кобальтовые микронной структуры, представляют, каждая порошинка, однодоменную структуру с одинаковым направлением векторов магнитного потока в ней, что усиливает индукцию по сравнению с магнитом (многодоменной структурой). Кроме того, каждая порошинка является еще и острием концентратора индукции также увеличивающим ее значение. В указанном конкретном случае индукции достаточно, чтобы разрушить воздух и кислород на атомы и свободные электроны: тогда воздух при контакте с порошком возгорается. Еще легче он возгорается, если есть что-либо органическое рядом, в зоне контакта, например, ветошь. Для предотвращения возгорания магнитные порошки держат в углеводородах.

В дисках Серла, а также аналогичных устройствах с вращающимися магнитами Рощина, Година, Болотова, Мурлыкина и других, ударные эфирные волны при некотором числе оборотов достигают разрушительной для кислорода воздуха силы. А далее – все как при обычном горении.

В колоколах Гапонова /20/ воздух и кислород разрушают два воздействия: воздушные звуковые волны и ударные эфирные волны в электрическом поле высокого напряжения.

Процессы с топливом

Рассмотрим, например, метан СН₄. Традиционное структурное изображение молекулы метана содержит четыре единичные ординарные связи атома углерода с атомами водорода:

Н

|

Н – С – Н

|

Н

Согласно нетрадиционному представлению «склейщиками» атомов в молекулу являются электроны связи:

Н

е

Н е С е Н

е

Н

Составляющие молекулу метана атомы водорода и углерода каждый имеет дефицит одного структурного электрона. Поэтому электрический заряд атомов – положительный: С⁺, Н⁺, причем по значению близок заряду электрона +|e|. Именно поэтому атомы в молекуле метана соединяются между собой посредством электронов, имеющих противоположный, отрицательный заряд. Заряд атома углерода как бы разделен на 4 равные части по 0,25|e| между электронами связи с атомами водорода. На каждом электроне связи остальной заряд 0,75|e| отнесен к соответствующему атому водорода, частично нейтрализуя его так, что от каждого атома водорода остаются избыточными 4 заряда по 0,25|e|. В целом они составляют избыточный заряд молекулы метана, равный 4 × 0,25|e| = +|e|. Теперь видно, что, имея положительный избыточный заряд, молекулы метана могут соединяться между собой в цепочки с помощью тех же «склейщиков» – электронов:

СН₄ е СН₄ е… е СН₄ …

При разрушении цепочки углеводорода на молекулы, каждая из них будет снабжена одним электроном, который легко отсоединяется и участвует в реакции горения

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О.

Ту же реакцию можно записать с учетом электронов и структуры агентов

Н Н Н О

е е е е

(Н е С е Н)е + ОеО + ОеО = О + О + С е

е е е е

Н Н Н О

Пятый электрон при молекуле метана – это электрон связи молекул в цепочку углеводорода. При разрушении структур агентов, участвующих в реакции, их фрагменты типа Не, Ое, Се могут целиком выламываться из исходных молекул и в таком виде поступать в продукты реакции (в правой части уравнений). То есть состоящие при них электроны связи могут не участвовать в реакции горения как свободные электроны – генераторы энергии, в качестве которых наиболее вероятно участвуют электроны связи атомов, в частности, метана, в цепочки углеводородов. Из уравнений также видно, что суммарное количество электронов связи в левой и правой частях – одинаково.

10. Факторы и воздействия,
способствующие горению

Для горения необходимо наличие положительных ионов кислорода и отрицательно заряженных электронов. Однако, чтобы получить ион О⁺, нужно разрушить молекулу кислорода хотя бы на два иона О⁺ и О^-. Разрушение – по-гречески – катализ, значит разрушения можно достичь катализатором. Но это все слова, а в чем их физический смысл? На первом этапе пути к разрушению межатомной связи в молекуле кислорода эту связь ослабляют частичной нейтрализацией заряда электрона связи. Этого можно достичь только потоком положительно заряженных частиц – электрино: магнитным, электрическим, световым, тепловым и механическим. Частицы притягиваются к электрону связи противоположного с ними заряда, частично компенсируя его, нейтрализуя и, тем самым, ослабляя межатомную связь. Таких воздействий может быть несколько, в том числе, до полной нейтрализации и разрушения. Разрушения можно достигнуть и механическим путем, непосредственным соударением мишени и снаряда.

Теперь представьте, что молекула кислорода движется поступательно, с отражением (рассеянием) на определенный угол от соседей при взаимодействии с ним, внутри своей почти сферической глобулы с линейной скоростью 47 км/с и все время меняет направление. Кроме того, молекула почти на 3 порядка меньше размера глобулы, и, еще, в нее надо попасть частицей, которая тоже почти на 3 порядка меньше размера молекулы. Как это сделать? Во-первых, увеличить плотность потока электрино, тем самым увеличивая вероятность их столкновения с мишенью. Для магнитного потока это называется индукцией, а более общее название – плотность потока. Во-вторых, очевидно, что более скоростным снарядом легче разбить мишень, чем медленным, тем более такую скоростную мишень. Значит, нужно увеличить еще скорость потока электрино. В магнитном потоке электрино достигает скорости 10¹⁹ м/с; в вихре вокруг атомов магнитных материалов – 10²¹, в вихрях атомов металлов, которые считаются катализаторами – 10²⁵. В этом, как раз, и принцип действия катализаторов: потоком электрино в вихрях вокруг атомов разрушить молекулы реагирующих веществ. Наибольшей скорости достигает нейтрино – 10³⁰ м/с. Так что можно применить и непосредственно нейтринный поток, если есть удобный источник. Есть еще энергоинформационный поток, например, от растительного семенного материала.

Разрушению способствует повышенная температура или, что то же, повышенная частота колебаний молекулы в глобуле. При этом увеличиваются электродинамические и механические динамические нагрузки и молекула разрушается на атомы и фрагменты.

Следует еще раз подсказать, что к световому излучению относится не только излучение оптического диапазона, но и ультрафиолет, рентген, γ-лучи; а к электрическому – лазерное излучение, искра, дуга. Это все было изложено ранее /1, 2, 3/.

Кроме всего сказанного, молекулы кислорода еще вращаются с бешеной скоростью вокруг своей оси и, чтобы не развалиться, должны быть хорошо уравновешены и отбалансированы. Поэтому, если электрино – снаряд достиг молекулы – мишени и соединился с ней хотя бы электродинамически (не механически, не контактно), то мишень может быть разбалансирована и разрушена.

Следующим фактором является резкий спад давления – разрежение, особенно, после повышенных параметров (температура, давление). При этом активированная молекула с большим давлением внутри нее и в глобуле, попадая в зону разрежения, лопается – разрушается под действием разности давлений внутри и вне ее, аналогично, например, капле перегретой воды из чайника.

Импульсное воздействие инициирующих полей и излучений, при котором возникают звуковые и ударные волны: аэродинамические, гидродинамические, эфирные… Скоростное и ударное действие волны, а также – резкий спад давления на фронте волны до разрежения за фронтом волны, разрушающе действует на молекулы. Импульсное, частотное воздействие может быть в резонанс с собственными колебаниями молекул, что также увеличивает амплитуду воздействия на них и способствует разрушению.

Играет роль и момент воздействия, например, угол зажигания. Однако, если уровня воздействия достаточно для разрушения молекул, то, например, бензиновые двигатели работают независимо от значения угла зажигания, и далее, иногда, вообще без зажигания, со снятыми проводами зажигания.

Поскольку избыток электронов в горючей смеси нейтрализует указанные выше воздействия потоков положительно заряженных частиц, то горению кислорода и воздуха способствует переобедненная смесь, с минимумом топлива, а лучше – вообще без топлива. Зачем оно?!

Однако, разбить на атомы молекулу кислорода еще мало для горения, так как нужен электрон. Его нужно еще отнять от отрицательного иона кислорода. А при горении кислорода в составе воздуха и этого еще не достаточно, так как надо обеспечить доступ электрона к кислороду путем разрушения азотного экрана вокруг молекул кислорода. Для этого используются все те же перечисленные выше инициирующие воздействия. Полезно сочетание различных воздействий и факторов, например, магнитного и электрического, увеличивающих плотность потока электрино.

Целесообразно проводить предварительную обработку воздуха указанными воздействиями до подачи его в зону, камеру горения, горелку. Эта мера существенно облегчает второй этап воздействия на воздух непосредственно в камере и зоне горения.

Энергетические инициирующие (возбуждающие)

воздействия и способы их усиления.

Классификация

Способы усиления воздействий

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.

Ток, А	1,0	0,7	0,4	0,35	0,35	0,4	0,5	0,8	1,0
Концентрация, % (объемная)	2,4	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	9,5

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.

Топливо	Концентрация, %	Температура самовоспламенения, 0С
1. Бензин	1,0…7,0	230…260
2. Метиловый спирт	5,5…37
3. Этиловый спирт	3,3…19
4. Пропан	2,4…9,5
5. Пропилен	2,0…11,0

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.