Минтусов Евгений Игоревич

Кратко:

Цели работы: экспериментальное исследование возможности управления режимами распространения пламён при помощи электрических полей и газовых импульсных разрядов; выявление основных механизмов, посредством которых осуществляется влияние импульсного наносекундного барьерного разряда на пламя; построение физической модели, объясняющей влияние плазмы газового разряда на увеличение скорости срыва пламени и изменение параметров горения; верифицикация построенной физической модели путём сравнения экспериментальных данных и результатов численного моделирования.

Основные результаты: Изучено изменение скорости горения предварительно перемешанной газовой смеси под действием различных типов разрядов. Проведён сравнительный анализ влияния полярности и типа напряжения барьерного разряда на скорость распространения пламени. Установлено, что наиболее эффективным с точки зрения увеличения скорости распространения пламени является импульсный разряд положительной полярности. Получена экспериментальная демонстрация возможности стабилизации горения высокоскоростных топливо-воздушных потоков, а также бедных топливосодержащих смесей, при помощи импульсного наносекундного разряда. Для наносекундного импульсного барьерного разряда экспериментально осуществлено устойчивое распространение пламени в бедной пропано-воздушной смеси с той же скоростью, но содержанием горючего в два раза меньшим, чем в системе без разряда. Получено более чем двукратное увеличение скорости горения при одинаковой концентрации топлива в смеси при энерговкладе разряда в смесь менее 0.1% от химической мощности горелки. Получены результаты, демонстрирующие повышение полноты сгорания при использовании импульсного наносекундного разряда.

Проведены спектроскопические исследования, позволяющие говорить о дополнительном образовании радикала ОН в результате воздействия разряда на топливо-воздушную смесь. Методом ЛИФ-диагностики получены профили радикала OH c микросекундным разрешением относительно разряда для задачи плазменно-стимулированного горения, подтверждающие данное утверждение. Отдельно проанализирована роль нагрева смеси разрядом в ускорении скорости срыва пламени. Дополнительное тепловыделение в топливовоздушных смесях по сравнению с чистым воздухом объяснено образованием атомарного кислорода и водорода в барьерном разряде. Установлено, что роль термического разогрева газа в разряде в общем эффекте увеличения температуры чрезвычайно мала. Построена комплексная физическая модель, описывающая управление предварительно перемешанным пламенем и изменение скорости его распространения под действием наносекундного импульсного разряда. Показано, что основной механизм воздействия плазмы на параметры горения заключается в изменении начального состава смеси, ведущем к развитию цепно-теплового механизма реакций в предпламенной зоне. В неравновесном разряде происходит электронное возбуждение компонентов газа, приводящее к образованию активных частиц (в частности, атомарного кислорода) и последующему ускорению процессов, определяющих скорость горения и распространения пламени. Преимуществом использования сильнонеравновесной плазмы наносекундного разряда является наибольшая эффективность вложения энергии по сравнению с другими способами воздействия. Проведено численное моделирование распространения одномерного предварительно перемешанного пламени с учетом дополнительного возбуждения газа в разряде. Результаты моделирования --- профили концентраций атомов и радикалов, а также температуры и скорости пламени, качественно соответствуют полученным экспериментальным данным и позволяют сделать заключение об адекватности предложенной физической модели плазменно-стимулированного горения.

Контактная информация: E-mail me@neq.mipt.ru

Доступные материалы: