De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade Politécnica de Tomsk (ТПУ) e do Instituto de Aço e Ligas de Moscou (МИСиС) desenvolveram em conjunto um modelo matemático para descrever o processo de ignição de combustíveis hipergólicos. O modelo abrange as principais propriedades físico-químicas dos combustíveis hipergólicos, bem como a influência dessas propriedades nos campos de temperatura e concentração sob condições de ignição não estacionárias. Os resultados experimentais mostram que o modelo é capaz de prever o comportamento dos combustíveis hipergólicos com precisão satisfatória. A pesquisa foi financiada pela Fundação Russa para a Ciência (número do projeto №25-29-00637), e os resultados foram publicados na revista FirePhysChem (Q1, fator de impacto 5,1).
Um sistema de combustível hipergólico é composto por combustível e oxidante, que reagem espontaneamente ao entrar em contato, sem necessidade de aquecimento adicional ou estímulo externo. Esse tipo de sistema de combustível pode ser aplicado em tecnologias aeroespaciais, como sistemas de partida de emergência. Atualmente, embora existam alguns modelos que tentam descrever o mecanismo de "gatilho" dos combustíveis hipergólicos, nenhum deles consegue prever de forma confiável os parâmetros críticos ao atingir as condições limite de início da combustão, como temperatura, taxa de evaporação e taxa de difusão do vapor.
Pesquisadores da Universidade Politécnica de Tomsk, em colaboração com colegas, propuseram o modelo matemático acima e o validaram por meio de dados experimentais. Nos experimentos, foi utilizada uma combinação de tetrametiletilenodiamina (TMEDA) como combustível (com adição de 5% em massa de sílica para espessamento) e ácido nítrico concentrado como oxidante. Os experimentos foram realizados sob temperaturas iniciais dos componentes entre 10 e 30 graus Celsius e tamanhos de gotículas de 1 a 3 milímetros, registrando o tempo de atraso da ignição e a temperatura da zona de combustão. A pesquisa mostra que o modelo computacional apresenta boa concordância com os resultados experimentais: ao variar o tamanho inicial das gotículas, o desvio entre o tempo de atraso da ignição calculado e o experimental não excede 15%; ao variar a temperatura inicial dos componentes, o desvio não excede 10%.
O modelo considera de forma abrangente a troca de calor entre os componentes do sistema, mudanças de fase, difusão de vapor e reações químicas nas fases condensada e gasosa. Durante a pesquisa, também foram registrados em tempo real os campos de temperatura e concentração utilizando a tecnologia da Universidade Politécnica de Tomsk, estabelecendo-se a correlação entre eles. Uma das autoras do estudo, Olga Vysokomornaya, professora associada do Instituto de Pesquisa em Física de Processos de Alta Energia da ТПУ, destacou que este modelo matemático contribui para uma previsão mais precisa do comportamento dos sistemas de combustível hipergólico em condições próximas às de uso real.
A pesquisa revelou algumas leis importantes. Por exemplo, à medida que o tamanho inicial das partículas em interação aumenta, a taxa de evaporação cresce exponencialmente; além disso, existe um tamanho inicial crítico de aproximadamente 3 milímetros, acima do qual o tempo de atraso da ignição permanece praticamente inalterado. Olga Vysokomornaya afirmou que o arcabouço matemático considera de forma completa os processos físico-químicos no momento da ignição do combustível nas fases condensada e gasosa, e que o aumento da precisão computacional é crucial para a aplicação prática dos sistemas de combustível hipergólico. No futuro, essa tecnologia poderá servir de base para o projeto de sistemas de combustível hipergólico mais seguros e controláveis. Participaram da pesquisa pesquisadores do Laboratório de Transferência de Calor e Massa da Universidade Politécnica de Tomsk e do Instituto de Aço e Ligas de Moscou.
