Исследование воспламенения и горения водорода и метана в газовых потоках при возбуждении электронных степеней свободы молекул кислорода

• Автор: Титова, Наталия Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Методы получени синглетного кислорода
1.2. Эксперименты по интенсификации горения синглетным кислородом
1.3. Экспериментальные исследования элементарных процессов с участием синглетного кислорода
1.3.1. Реакция 202(а1АЕ)=02(Ь1Её+)+02(Х3ЕЕ')
1.3.2. Реакция 02(Ь1Е8+)+М=02(а1Дё)+М
1.3.3. Реакция 02(а'Лё)+М=02(Х3Е?>М
1.3.4. Реакции Н2+02(а1Аё)=Н+Н02, Н2+02(Ь1Её+)=Н+Н02(А')
1.3.5. Реакция Н+02(а1А8)=0Н+0
1.3.6. Реакция 02(а'Аё) + Н02
1.3.7. Реакции с О('О)
1.4. Теоретические исследования элементарных процессов с участием молекул синглетного кислорода
1.5. Модели процессов в реагирующих средах при наличии синглетного кислорода
Глава 2. Теоретический анализ интенсификации цепных реакций и
процесса воспламенения при возбуждении внутренних степеней
свободы молекул
2.1. Теоретическое обоснование возможности интенсификации цепных реакций и процесса воспламенения при возбуждении внутренних степеней свободы молекул
2.2. Методика расчета констант скорости реакций с участием электронно-возбужденных молекул
Глава 3. Интенсификация процессов воспламенения и горения смеси Н2-
воздух при возбуждении электронных степеней свободы молекул

3.1. Кинетическая модель процессов в смеси Н2-02(воздух)
3.2. Кинетическая модель для описания воспламенения и горения
смеси Н2-воздух при наличии электронно-возбужденных молекул
3.3. Термодинамических свойств электронно-возбужденных компонентов
3.4. Тестирование модели
3.5. Воспламенение смеси при воздействии импульса излучения
3.6. Интенсификация процесса воспламенения при инициировании горения за ударной волной
3.7. Распространение ламинарного фронта пламени
Глава 4. Влияние возбуждения электронных степеней свободы молекул
на характеристики воспламенения и горения смеси СН4-воздух
4.1. Кинетическая модель процессов в смеси СН4-воздух
4.2. Кинетическая модель для описания воспламенения и горения смеси СН4-воздух при наличии электронно-возбужденных молекул
4.3. Воспламенение смеси при воздействии импульса излучения
4.4. Конверсия метана в синтез-газ
4.5. Инициирование воспламенения за ударной волной
4.6. Распространение ламинарного фронта пламени
Заключение
Литература
Введение
Актуальность темы
Интенсификация процессов воспламенения и горения различных топлив в высокоскоростных потоках, поддержание устойчивого горения в широком диапазоне изменения параметров, стимулирование горения бедных смесей -исключительно важные задачи для создания новых более эффективных камер сгорания для двигателей воздушных и наземных транспортных систем различного назначения и энергетических установок с низким уровнем эмиссии экологически опасных компонентов. Достаточно давно известен метод инициирования горения, основанный на искровом зажигании горючей смеси, который используется в двигателях внутреннего сгорания и в газотурбинных двигателях уже длительное время.
Однако в последние годы проявляется значительный интерес к использованию других физических методов воздействия на реагирующую смесь с тем чтобы ускорить процесс воспламенения. Так, например, обсуждается возможность интенсификации цепных реакций в молекулярных системах, а, следовательно, и процессов воспламенения и горения, путем возбуждения внутренних степеней свободы реагирующих молекул [1—3]. Интерес к этой проблеме обусловлен тем, что химические реакции с участием возбужденных даже в нижние колебательные или электронные состояния молекул протекают на несколько порядков величины быстрее, чем с участием невозбужденных [4, 5]. При этом возникает большое число взаимосвязанных процессов, в которых колебательное или электронное возбуждение может тем или иным способом передаваться от одного компонента к другому и, таким образом, влиять как на локальные, так и на интегральные характеристики процесса горения. При этом реализуются так называемые энергетически разветвленные цепные реакции. В последнее время на этом направлении исследований был достигнут значительный прогресс. Связано это, в первую

ный порог самовоспламенения. Относительное увеличение концентрации ак-

тивных радикалов г = [гп1ах ] /[rmax J при 1=1 зависит от двух параметров Т{ = Tt /Т и Е[ = Ё{ ;Т (последний зависит от типа молекул Л), а при />
rl ~ [гшах ]/ /[rmax ]/ зависит от 7| = /Т я Е2 = Е2 /Т. На рисунке 2.1а показана зависимость относительного увеличения количества активных центров г' от 7| при различных значениях £( в случае неразветвленной реакции /=1, а на рисунке 2.16 - зависимость г/ от 7| я Е'2 в случае разветвленной реакции с 1=2.
На оси ординат обозначено некоторое значение г! = l/MVax]/ при котором самовоспламенение смеси не происходит при любом значении параметра E'q (<т=1, 2) при отсутствии возбуждения колебаний реагентов. Из представленных зависимостей видно, что при возбуждении молекулярных колебаний чем больше величина Е[ при 1=1 или Е'2 при 1=2, тем при меньшей степени возбуждения молекулярных колебаний Т{ можно реализовать режим самовоспламене-
ния, [rmax] > [г; ]. Естественно, что для разветвленной цепной реакции при одинаковых Е и Е'2 степень возбуждения должна быть меньше.
Рис. 2.1. Зависимость относительного увеличения количества активных радикалов г' от Т1 =Т!Т при Е'д = Е*/Т=10, 20, 40 для неразветвленной (/=1) реакции (а) и разветвленной (1=2) цепной реакции (б).