Взаимодействие плазмы продольно-поперечного и плазмодинамического разрядов со сверхзвуковым воздушно-пропановым потоком

• Автор: Каменщиков, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературы

§1.1. Пробой газа в потоке воздуха

§ 1.2. Взаимодействие плазмы импульсного разряда с потоком

§ 1.3. Плазменное перемешивание неоднородной смеси

§ 1.4. Ударно - волновые структуры плазменных образований

§1.5. Влияние плазмы на пограничный слой нестационарного потока

§1.6 Основные закономерности химических реакций горения

§ 1.7 Тепловой механизм воспламенения при помощи плазмы

§ 1.8. Цепной механизм воспламенения при помощи плазмы

§ 1.9. Детонационный механизм воспламенения топливной смеси
§ 1.10. Методики плазменной стабилизации пламени
Глава 2. Описание установки и определение параметров течения
§2.1 Схема экспериментальной установки
§ 2.2 Система подачи пропана в канал
§ 2.3. Система синхронизации
§ 2.4. Диагностические методы
§ 2.5. Определение параметров течения без включения источников плазмы.
Глава 3. Нестационарные свойства продольно - поперечного разряда в воздушном потоке. Влияние на хаотические свойства потока
§3.1 Структура разряда и стадии его существования
§3.2 Динамическая неустойчивость разряда. Вторичный пробой
§3.3 Влияние параметров разряда на хаотические свойства течения,

Глава 4. Нестационарные свойства продольно — поперечного разряда в воздушно - пропановом потоке. Плазменное воспламенение
§4.1 Влияние пропана на структуру разряда и его нестационарные свойства86 §4.2 Влияние средних параметров разряда на его
нестационарные свойства потока воздушно - пропановой смеси
Глава 5. Взаимодействие плазмодинамического импульсного
разряда с воздушно - пропановым потоком
Основные результаты
Список литературы

Введение.
Плазменная аэродинамика - междисциплинарная область научных исследований, интерес к которой возник в связи с применением источников плазмы для решения ряда прикладных и фундаментальных задач. Большинство проблем, которые исследуются на данное время, может быть разделено на несколько групп: возможность использования плазмы для модификации свойств потока в окрестности летательного аппарата (ЛА) и внутри его камеры сгорания, применение плазмы для оптимизации воспламенения высокоскоростной топливновоздушной смеси в камере сгорания, а также для модификации экологических параметров продуктов сгорания.
Развитие заинтересованности к исследованиям в области плазменной аэродинамики привело к тому, что, начиная с 1999 года, проходят международные конференции, посвященные данной тематике. Ежегодно в Москве проводится ’’Совещание по магнитно-плазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях”, а с 1997 г. в США ежегодно проводится семинар Weakly Ionized Gas Workshop в рамках одной из конференций по аэрокосмическим приложениям, организованной AIAA (American Institute of Aerospace and Aeronautics).
Для изучения взаимодействия плазмы со сверхзвуковой топливной смесыо в настоящее время применяют разряды постоянного тока, импульсные, ВЧ и СВЧ разряды, а также комбинированные типы разрядов. Экспериментальные и теоретические работы в этом направлении ведутся в научно-исследовательских и учебных институтах, таких как Институт высоких температур РАН, Институт общей физики РАН, Московский Радиотехнический Институт РАН, ЦАГИ, ЦИАМ, Московский Государственный университет и другие.
Настоящая работа преследовала цель изучения взаимодействия плазмы с воздушным потоком и потоком воздушно - пропановой смеси при использовании плазменных источников двух типов: импульсного источника и источника постоянного тока. В качестве основных целей работы необходимо выделить следующие:
бомбардировкой и диссоциацией оксидного слоя анода. Третий возможный фактор - наработка активных радикалов в высоком приведенном поле вблизи анода в соответствии со следующими реакциями: RH + e= R+ H+e,02 + e- 0 + 0 + e, где R - С, Н и О радикалы. Авторы отмечают, что данный механизм является независимым относительно температуры и связан исключительно с приведенным электрическим полем Е/N, где N - концентрация нейтральных атомов, Е -напряженность электрического поля. К идентичному заключению пришли авторы работ [71-72], исследовавшие воспламенение сверхзвукового потока пропана -воздушной смеси при помощи поверхностного СВЧ разряда на диэлектрической антенне. Время индукции, измеренное по ионному току насыщения двойного зонда, помещенного в зону пламени, составляло 20 мке для вкладываемой в импульс мощности 55 кВт и расходе пропана и воздуха, равных соответственно dmbmayx/dt = 55,5 г/с, dmnponaH/dt = 3,6 г/с. Эквивалентное соотношение составляло 1. При увеличении подводимой мощности время индукции может сократиться до 5 мкс. Уменьшение времени индукции относительно исключительно теплового вклада мощности на один порядок авторы работы объясняют влияние заряженных частиц на образование радикалов, метастабильных возбужденных компонент, что расширяет границы воспламенения смеси относительно теплового механизма и значительно стабилизирует зону пламени.
Влияние плазменных процессов на чувствительность горения к составу смеси зафиксировано в работах [73-76] по воспламенению низкоскоростного пропана - воздушного потока при помощи подкритического разряда (среднее СВЧ поле разряда не превышает пробойную величину) на антенне. Подкритический характер разряда приводит к высокой неоднородности выделяемой на антенне мощности. Эксперименты проводились при использовании СВЧ излучения с Я= 12.3 см. Мощность электромагнитного пучка от СВЧ генератора составляла Рст = 1 кВт при длительности излучения гСвч = 0.2 с. В СВЧ пучок, реализованный над металлическим листом, была помещена металлическая антенна (вибратор) диаметром d— 4 мм и длиной L— 50 мм. Вибратор обдувался затопленной струей чистого воздуха, или его смеси с пропаном. Давление воздуха в рабочей камере рс =114 Тор. В опытах использовался термопарный измеритель