Автореферат (Воспламенение и стабилизация горения углеводородного топлива в высокоскоростных воздушных потоках в условиях низкотемпературной газоразрядной плазмы), страница 7

22).Основные результаты и выводы.1. На основе разработанных в диссертации новых и модифицированныхстандартных контактных и бесконтактных методов создан диагностическийкомплекс измерения полноты сгорания, степени ионизации и температурыпламени, возникающего в условиях плазменно-стимулированного горениягазообразного и жидкого углеводородного топлива в дозвуковых исверхзвуковых воздушных потоках в свободном пространстве (на поверхности222.3.4.5.диэлектрической пластины) и внутри различной конфигурации гладкихаэродинамических каналов.

Показано, что при изменении в широком диапазонекомпонентного состава топлива, секундных массовых расходов воздуха,пропана и спирта, а также вкладываемой в разряд электрической мощностипараметры пламени, измеренные различными дополняющими друг другаметодами, хорошо согласуются между собой.Впервые в условиях высокоскоростных воздушных потоков реализованастабилизация внешнего горения многокомпонентных (воздух-спирт-пропан)топлив на поверхности диэлектрической пластины. Показано, что при сгоранииспирта тепловые потоки возрастают приблизительно в 7 раз, а при горениипропана – в 15 раз по сравнению с тепловыми потоками от разряда,создаваемого в высокоскоростном воздушном потоке без инжекции топлива.Концентрация электронов, измеренная на расстоянии 10 см вниз по потоку отэлектродов, равна приблизительно 109 см-3 при создании разряда в потокевоздуха, тогда как при горении спирта достигает 2×1011 см-3, а при горениипропана равна 3×1011 см-3.

Температура пламени в области существованияразряда изменяется от 2500 до 2000 К, а вне разряда на расстоянии z = 15 см отэлектродов равна 1800 К, постепенно уменьшаясь вниз по потоку.Экспериментально показано, что в условиях комбинированного разряда (СВЧразряд плюс разряд постоянного тока) в дозвуковом потоке реализуется полное(95-100 %) сгорание газообразных углеводородов.

В условиях сверхзвуковыхпотоков полнота сгорания пропана достигает 90-95 %, а спирта 80 % взависимости от скорости потока.Реализована стабилизация горения пропана в сверхзвуковом потоке воздухавнутри гладкого (без использования застойных зон) аэродинамического каналас присоединенным воздуховодом при атмосферном давлении окружающеговоздуха. Измерено пространственно-временное распределение температурыпламени внутри и на выходе из аэродинамического канала. Показано, чтотемпература внутри канала нарастает вниз по потоку от 1400 К на расстоянииz = 10 см от разрядной области до 1900 К на выходе из канала. Температурапламени остается постоянной и равной приблизительно 1900 К еще нарасстоянии 15 см после выхода потока пламени из канала, а затем резко падает.Впервые в расширяющемся (без выходного сопла) аэродинамическом канале сприсоединенным воздуховодом исследована эффективность по величине тягисверхзвукового плазменно-стимулированного горения пропан-воздушноготоплива в зависимости от эквивалентного отношения для пропана припостоянных величинах секундного массового расхода воздуха и вкладываемойв разряд электрической мощности.

Экспериментально получено, что с ростомэквивалентного отношения для пропана от 0.55 до 0.75 измеренная тягаувеличивается от 20 до 45 Н, уменьшаясь при дальнейшем увеличениисекундного массового расхода пропана.В условиях плазменно-стимулированного горения в расширяющемсяаэродинамическом канале, снабженном выходным соплом, при секундноммассовом расходе воздуха 105 г/с и пропана 4.9 г/с (эквивалентное отношениедля пропана a = 0.75 – бедная смесь) реализована тяга порядка 50-55 Н примаксимально возможной тяге 60 Н. Показано, что низкотемпературнаягазоразрядная плазма является эффективным способом стабилизации (безиспользования застойных зон) сверхзвукового горения пропан-воздушного23топлива, которое происходит при низкой температуре пламени порядка именьше 2000 К, что важно с экологической точки зрения.

Результатывыполненных экспериментальных исследований позволяют сделать вывод отом, что разрабатываемая плазменная технология является перспективной дляинициирования воспламенения и поддержания стационарного горениясверхзвуковых потоков воздушно-углеводородных топлив.Список цитируемой литературы1.

Константиновский Р.С., Шибков В.М., Шибкова Л.В. // Кинетика и катализ.2005. Т. 46. № 6. С. 821.2. Shibkov V.M., Aleksandrov A.F., Chernikov V.A., et al. // Journal of Propulsion andPower. 2009. V. 25. No. 1. P. 123.3. Adamovich I.V., Lempert W.R., Nishihara M., et.al. // Journal of Propulsion andPower.

2008. V. 24. No. 6. P. 1198.4. Starikovskaya S.M. //J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. V. 39. P. R265.5. Starikovskii A.Y., Anikin N.B., Kosarev I.N., et.al. // Journal of Propulsion andPower. 2008. V. 24. No. 6, P.1182.6. Bozhenkov S.A. Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. // Combust. Flame. 2003.V. 133. P. 133.7. Barkhudarov E.M., Berezhetskaya N.K., Kop’ev V.A., Kossyi I.A., et.al.

// J. Phys.D: Appl. Phys. 2010. V.43. 365203.8. Artem’ev K.V., Kazantsev S.Yu., Kononov N.G., Kossyi I.A., et.al. // J. Physics D:Applied Physics. 2013. V. 46. 055201/ P. 11.9. Berezhetskaya N.K., Gritsinin S.I., Kop’ev V.A., Kossyi I.A., et.al. // Plasma Phys.Rep. 2009. V. 35. P. 471.10. Dutta A., Choi I., Uddi M., et.al.

// 47th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 58 January 2009. Orlando. FL. USA. AIAA-2009-0821.11. Bocharov A., Bityurin V., Klement’eva I., Klimov A. // Proceedings of 44thAerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2006. Reno. NV. USA. AIAA-20061009.12. Esakov I., Grachev L., Khodataev K., Van.Wie D. //Proceedings of 42 nd AerospaceSciences Meeting and Exhibit, 2004, Reno, USA, AIAA-2004-0840.13. Esakov I.I., Grachev L.P., Khodataev K.V., et.al. // IEEE transactions on plasmascience. 2006. V. 34, No.

6. P. 2497.14. Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. – Свободно локализованный СВЧразряд в воздухе. М.: Нефть и газ. 1996.15. Шибкова Л.В., Шибков В.М. – Разряд в смесях инертных газов. М.:Физматлит. 2005.Список публикаций по теме диссертации1a. А.Ю.Бауров, Л.В.Шибкова, В.М.Шибков, П.В.Копыл, О.С. Сурконт. Внешнеегорение высокоскоростных многокомпонентных воздушно-углеводородныхпотоков в условиях низкотемпературной плазмы.

// Вестник Московскогоуниверситета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2013. № 4. СС. 28-33.2a. П.В.Копыл, О.С.Сурконт, В.М.Шибков, Л.В.Шибкова. Стабилизация горенияжидкого углеводородного топлива с помощью программированного СВЧразряда в дозвуковом воздушном потоке. // Физика плазмы. 2012. Т. 38. № 6.СС. 551–561.243a. В.М.Шибков, Л.В.Шибкова, А.А.Карачев, П.В.Копыл, О.С.Сурконт.Пространственно-временнаяэволюциягорениявусловияхнизкотемпературной газоразрядной плазмы жидкого спирта, инжектируемогов воздушный поток.

// Вестник Московского университета. Серия 3. Физика.Астрономия. 2012. № 1. СС. 141-145.4a. В.М.Шибков, Л.В.Шибкова, П.В.Копыл, О.С.Сурконт. Воспламенение тонкихжидких углеводородных пленок с помощью поверхностного СВЧ-разряда,создаваемого в режиме парных импульсов.

// Вестник Московскогоуниверситета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2012. № 3. СС. 68-71.5a. В.О.Герман, А.П.Ершов, П.В.Козлов, Г.А.Любимов, П.В.Копыл, О.С.Сурконт.Зондовая диагностика свободногорящей дуги в атмосфере. // Теплофизикавысоких температур. 2009. Т. 47. № 4. СС. 505-515.6a.

А.Ю.Бауров, П.В.Копыл, О.С.Сурконт, В.М.Шибков, Л.В.Шибкова. Методыдиагностики сверхзвукового горения углеводородного топлива. // Научнаяконференция Ломоносовские чтения. Секция физики. ПодсекцияГазодинамика, термодинамика, ударные волны. МГУ, физический факультет.14-25 апреля 2014 г. СС. 159-162.7a. П.В.Копыл, О.С.Сурконт, В.М.Шибков, Л.В.Шибкова.

Воспламенение истабилизация горения углеводородного топлива в высокоскоростныхвоздушных потоках в условиях низкотемпературной газоразрядной плазмы. //Научная конференция Ломоносовские чтения. Секция физики. ПодсекцияГазодинамика, термодинамика, ударные волны. МГУ, физический факультет.14-25 апреля 2014 г. СС. 162-165.8a. P.V.Kopyl, A.Yu.Baurov, L.V.Shibkova, V.M.Shibkov, O.S.Surkont, V.N.Fedos’kin.External Combustion of High-Speed Multicomponent Hydrocarbon-Air Streamsunder Conditions of Low Temperature Plasma. // 51st AIAA Aerospace SciencesMeeting. 7 - 10 January 2013. Grapewine.

Texas. USA. AIAA-Paper-2013-1049.PP. 1-10.9a. А.Ю.Бауров, П.В.Копыл, Сурконт О.С., Шибков В.М., Шибкова Л.В.Взаимодействие низкотемпературной плазмы с высокоскоростнымивоздушно-углеводороднымипотоками.// НаучнаяконференцияЛомоносовские чтения. Секция физики. Подсекция Газодинамика,термодинамика, ударные волны.

МГУ, физический факультет. 2013. СС. 235239.10a. А.Ю.Бауров, П.В.Копыл, Сурконт О.С., Шибков В.М., Шибкова Л.В. Полнотасгорания в условиях газоразрядной плазмы высокоскоростных пропанвоздушных потоков. // Научная конференция Ломоносовские чтения. Секцияфизики. Подсекция Газодинамика, термодинамика, ударные волны. МГУ,физический факультет.

2013. СС. 239-243.11a. P.V.Kopyl, V.M.Shibkov, L.V.Shibkova, A.Yu.Baurov, O.S.Surkont. Stabilization ofcombustion of high-speed hydrocarbon-air streams under conditions of thecombined microwave discharge. // In book: «Microwave Discharges: Fundamentalsand Applications». Edited by Yu.A.Lebedev. Moscow: Yanus-K, 2012, p.265-270.12a. P.V.Kopyl, V.M.Shibkov, L.V.Shibkova, O.S.Surkont, E.S.Vasil’eva, V.N.Fedos’kin.Non-Equilibrium Low-Temperature Gas Discharge Plasma as a Means ofStabilization of Combustion of Liquid Alcohol, Injected into Air Stream. // 50thAIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and2513a.14a.15a.16a.17a.18a.19a.20a.21a.Aerospace Exposition.

Nashville. Tennessee. USA. 9 - 12 January 2012. AIAAPaper-2012-825. PP. 1-10.V.M.Shibkov, L.V.Shibkova, A.Yu.Baurov, V.N.Fedos’kin, P.V.Kopyl, O.S.Surkont.Stabilization of combustion of high-speed propane-air, alcohol-air and alcoholpropane-air streams under conditions of low temperature plasma of the combinedmicrowave discharge. // 11th International Workshop on Magneto-PlasmaAerodynamics. Reports. Institute of High Temperature of RAS. Moscow.

2012. PP.1-11.П.В.Копыл, О.С.Сурконт, В.М.Шибков, Л.В.Шибкова, В.Н.Федоськин,Е.С.Васильева. Стабилизация горения высокоскоростного пропан-спиртвоздушного потока в условиях программированного СВЧ-разряда. // Научнаяконференция Ломоносовские чтения. Секция физики. ПодсекцияГазодинамика, термодинамика, ударные волны. МГУ, физический факультет.2012. СС.141-144.A.A.Karachev, P.V.Kopyl, V.M.Shibkov, N.V.Shibkova, O.S.Surkont. Stabilization ofCombustion of Liquid Alcohol, Injected into High-Speed Air Stream, underCondition of Programmable Microwave Discharge. // 8th International Workshop«Strong Microwaves and Terahertz Waves Sources and Applications».