Кинетика неравновесного воспламенения газовых смесей под воздействием лазерного флэш-фотолиза и наносекундного разряда

• Автор: Косарев, Илья Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
1 ВВЕДЕНИЕ
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2.1 Неравновесные разряды, применяемые для воспламенения
2.1.1 Импульсный наносекуггдный разряд
2.1.2 ВЧ-разряд
2.1.3 Другие типы разрядов
2.2 Кинетика воспламенения, стимулированного неравновесными способами
2.3 Выводы обзора
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
3.1 Ударная труба „
3.1.1 Определение параметров газа за отраженной ударной волной
3.1.2 Определение скорости ударной волны лазерным тплирен-методом
3.2 Создание высокоскоростной волны ионизации
3.2.1 Высоковольтный импульсный генератор Аркадьева—Маркса
3.2.2 Формирующая линия
3.2.3 Разрядная камера
3.3 Детектирование излучения ОН и СН в микросекундпом режиме
3.3.1 Измерение времени индукции воспламенения
3.3.2 Эквивалентность определения времени задержки воспламенения при
детектировании излучения СН и ОН радикалов
3.3.3 Проверка линейности системы ФЭУ-повторитель
3.4 Напосекундные измерения параметров ВВИ
3.4.1 Емкостные датчики. Определение напряжения
3.4.2 Магнито-токовый датчик
3.4.3 Оценка энерговклада
3.4.4 Детектирование излучения высокоскоростной волны ионизации
3.5 Методика экспериментов с флэт-фотолизом
3.5.1 Параметры излучения эксимерного Аг-Р лазера
3.5.2 Пироэлектрический датчик
3.5.3 Синхронизация и схема эксперимента
3.5.4 Вычисление энерговклада
4 МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ
5 ПЛАЗМЕННО-СТИМУЛИРОВАННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СМЕСИ СН4:02:Аг
5.1 Введение
5.2 Эксперимент
5.2.1 Экспериментальная установка и методы измерений
5.2.2 Измерение параметров разряда
5.2.3 Измерение параметров воспламенения
5.3 Численные расчёты и обсуждение
5.3.1 Кинетическая модель разряда и послесвечения
5.3.2 Результаты расчётов процесса разряда
5.3.3 Кинетическая модель для расчёта воспламенения
5.3.4 Результаты расчётов автовоспламенения и плазменно-стимулированного
воспламенения
5.4 Выводы главы
6 ПЛАЗМЕННО-СТИМУЛИРОВАННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СМЕСЕЙ СпН2;г+2:02:Аг
6.1 Введение
6.2 Эксперимент
6.2.1 Экспериментальная установка и методы измерений
6.2.2 Измерение параметров разряда
6.2.3 Измерение параметров воспламенения
6.3 Численные расчёты и анализ
6.3.1 Моделирование разряда и его послесвечения
6.3.2 Кинетическая модель автовоспламенения и плазменно-стимулированного
воспламенения
6.3.3 Результаты моделирования автовоспламенепия и плазменно-
стимулированного воспламепепия
6.4 Выводы главы
7 ВЛИЯНИЕ АТОМОВ КИСЛОРОДА НА КИНЕТИКУ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ СМЕСЕЙ 02/Н2/0/Аг
7.1 Введение
7.2 Описание экспериментов
7.3 Результаты экспериментов
7.4 Построение кинетической схемы воспламенения смесей N2О : Н2 : 02 : Аг при высоких температурах
7.4.1 Введение
7.4.2 Эксперименты по автовоспламенению н М20-содержаших смесях
7.4.3 Другие кинетические эксперименты в ГО-содержащих смесях
7.4.4 Описание численной модели и результаты сопоставления расчетов и
экспериментов
7.5 Выводы главы
8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиография

Список иллюстраций
2.1 Области электрического пробоя с разными механизмами развития п зависимости
от перенапряжения на разрядпом промежутке н воздухе. [85]
2.2 Последовательные кадры развития напосекундного разряда в воздухе. Выдержка
— 1 не, на кадрах указано время от начала развития разряда [54]. Конический высоковольтный электрод расположен слева
2.3 Времени" ой профиль напряженности электрического поля, концентрации возбуждённых состояний ЛДС3И„, ц'=0) и ;У+(В2£+, ц'=0) и электронов в азоте на расстоянии 20 см от высоковольтного эдектрода. сплошная линия
— напряжённость электрического поля определённая с помощью емкостных датчиков; символами отражена напряжённость электрического поля определённая
по даппым спектроскопических исследований. Азот, Р = 4 ТЬрр, £/ = —15.5 кВ [85]
2.4 Доли энергии, приходящиеся на различные степени свободы для различных газов:
(а) воздух (линии 1—4 соответствуют N2; 5 и 6 — Ог); (Ь) азот; (с) водород. Цифры означают: 1 и 5 — ионизация; 2 и 6 — возбуждение электронпых термов;
3 — диссоциация; 4 — возбуждение колебательных уровней; 7 — возбуждение вращательных уровней [60]
2.5 Времена задержки воспламенения в зависимости от температуры. Смесь Н2:О2:П2:Аг=6:3:11:80. 1 - автовоспламенение, 2 - воспламенепие с помощью наносекундного разряда. 11=160 кВ [82]
2.6 Время задержки воспламенения в зависимости от начальной температуры газа. Смесь СП/цСК:: Аг = 1:4:15:80. Символы: 1—2 атм, автовоспламепепие: 2 — 2 атм, воспламенение с помощью напосекундного разряда; 3 — 0.5 атм, воспламенение с помощью папосекундного разряда; штриховая линия — 0.5 атм, автовоспламенения (вычислена); 4 — 2 атм, автовоспламенение (вычислено). [84]
2.7 Фотография в момент развития разряда (а) и последующего воспламенения (Ь) в смеси СН4:022:Аг= 1:4:15:80. Выдержка: (а) 1 не и (Ь) 30 мкс. Спектральный диапазон камеры 300-800 нм. [84]
3.1 Схема экспериментальной установки: УТ — ударная труба; РК — разрядная секция УТ; А — измерительное сечение УТ; ТВ — торцевая вставка с высоковольтным электродом; КВД — камера высокого давления; ГИН — генератор импульсов напряжения; ФД — фотодиоды; МДР-23 — монохроматор; ФЭУ-100 "
— фотоэлектронный умножитель; ЕД — ёмкостный датчик; МТД — магнитный токовый датчик. На вставке изображена увеличенная часть УТ с разрядной камерой
3.2 Лазерная тплирен-система
Глава З ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
3.1 Ударная труба
Ударная труба широко используется для контролируемого получения высоких температур при исследовании физико-химических процессов в газе. В настоящей работе ударная труба использовалась для нагрева газа. За фронтом отраженной ударной волны реализовывались необходимые для экспериментов термодинамические условия.
В широком представлении ударная труба - длинная труба круглого либо прямоугольного сечения [1] , разделенная диафрагмой на две части: камера низкого (КПД) и камера высокого (КВД) давления. Габариты ударной трубы могут быть различными: длина, как правило, ограничивается несколькими метрами, внутренний диаметр — несколькими сантиметрами, причем длина камеры низкого давления обычно в несколько раз превышает длину камеры высокого давления. КНД заполняется исследуемым газом. В КВД нагнетается рабочий раз. Давление исследуемого газа чаще всего составляет несколько десятков Topp, рабочего газа — несколько десятков или сотен атмосфер. В нужный момент диафрагма разрывается, и рабочий газ устремляется в КНД. В результате от места разрыва диафрагмы по исследуемому газу распространяется ударная волна, но рабочему газу - веер волн разрежения в противоположном направлении. По достижении торца ударной трубы ударная волна отражается и бежит навстречу рабочему газу. За отраженной нолной газ остается неподвижным, а температура и плотность, увеличившись скачкообразно, остаются постоянными в течение нескольких сотен микросекунд, что позволяет проводить исследования, направленные, например, на изучение процессов, протекающих н газе и плазме, образованной при помощи ударных волн.
Камера низкого давления (КГІД) ударной трубы, использовавшаяся в натпих экспериментах, имела прямоугольное внутреннее сечение 25x25 мм и состояла из стальной и диэлектрической частей, соединенных между собой (рисунок 3.1). Диэлектрическая