Диссертация (Воспламенение и стабилизация горения углеводородного топлива в высокоскоростных воздушных потоках в условиях низкотемпературной газоразрядной плазмы), страница 27

Концентрация электронов, измеренная нарасстоянии 10 см вниз по потоку от электродов, равна приблизительно109 см-3 при создании разряда в потоке воздуха, тогда как при горенииспирта достигает 21011 см-3, а при горении пропана равна 31011 см-3.Температура пламени в области существования разряда изменяется от2500 до 2000 К, а вне разряда на расстоянии z = 15 см от электродовравна1800 К,постепенноуменьшаясьвнизпопотоку.Экспериментально показано, что в условиях комбинированного разряда172(СВЧ разряд плюс разряд постоянного тока) в дозвуковом потокереализуется полное (95-100 %) сгорание газообразных углеводородов. Вусловиях сверхзвуковых потоков полнота сгорания пропана достигает90-95 %, а спирта 80 % в зависимости от скорости потока.3.Реализована стабилизация горения пропана в сверхзвуковом потокевоздухавнутригладкого(безиспользованияаэродинамического канала с присоединенныматмосферномдавлениипространственно-временноезастойныхзон)воздуховодом приокружающеговоздуха.Измеренораспределениетемпературыпламенивнутри и на выходе из аэродинамического канала.

Показано, чтотемпература внутри канала нарастает вниз по потоку от 1400 К нарасстоянии z = 10 см от разрядной области до 1900 К на выходе изканала.Температурапламениостаетсяпостояннойиравнойприблизительно 1900 К еще на расстоянии 15 см после выхода потокапламени из канала, а затем резко падает.4.Впервые в расширяющемся (без выходного сопла) аэродинамическомканале с присоединенным воздуховодом исследована эффективность повеличине тяги сверхзвукового плазменно-стимулированного горенияпропан-воздушноготопливавзависимостиотэквивалентногоотношения для пропана при постоянных величинах секундногомассового расхода воздуха и вкладываемой в разряд электрическоймощности.

Экспериментально получено, что с ростом эквивалентногоотношения для пропана от 0.55 до 0.75 измеренная тяга увеличивается от20 до 45 Н, уменьшаясь при дальнейшем увеличении секундногомассового расхода пропана.5.В условиях плазменно-стимулированного горения в расширяющемсяаэродинамическомканале,снабженномвыходнымсоплом,присекундном массовом расходе воздуха 105 г/с и пропана 4.9 г/с(эквивалентное отношение для пропана  = 0.75 – бедная смесь)173реализована тяга порядка 50-55 Н при максимально возможной тяге60 Н. Показано, что низкотемпературная газоразрядная плазма являетсяэффективным способом стабилизации (без использования застойныхзон) сверхзвукового горения пропан-воздушного топлива, котороепроисходит при низкой температуре пламени порядка и меньше 2000 К,что важно с экологической точки зрения.

Результаты выполненныхэкспериментальных исследований позволяют сделать вывод о том, чторазрабатываемая плазменная технология является перспективной дляинициирования воспламенения и поддержания стационарного горениясверхзвуковых потоков воздушно-углеводородных топлив.174Список литературы.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.В.М.Акимов,В.И.Бакулев,Р.И.Курзинер,В.В.Поляков,В.А.Сосунов,С.М.Шляхтенко. Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей.

Учебник длявузов. Под редакцией С. М. Шляхтенко. 2-е издание, переработанное идополненное. М.: Машиностроение, 1987. 568 c.Г.Н.Абрамович. Прикладная газовая динамика. Издание 4-е. Издательство Наука.Главная редакция физико-математической литературы. Москва. 1976.Черный Г.Г.

Течения газа с большой сверхзвуковой скоростью, М., 1959.Артёмов О.А. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (расчётхарактеристик). – Монография. Компания спутник, Москва, 2006 г.Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели.Государственное издательство оборонной промышленности, Москва, 1958 г.Зуев В.С., Макарон В.С. Теория прямоточных и ракетно-прямоточных(авиационных) двигателей.

М., 1971.Горение в сверхзвуковом потоке. - Новосибирск, 1984.Энциклопедия современной авиации. Г.П.Свищев. Значительное расширениедиапазона работы ГПВРД.http://www.vonovke.ru/s/giperzvukovoy_pryamotochnyiy_vozdushnoreaktivnyiy_dvigatelhttp://www.vonovke.ru/s/giperzvukovoy_pryamotochnyiy_vozdushnoreaktivnyiy_dvigatel_-_teoriya Авиация. Гиперзвуковой прямоточный воздушнореактивный двигатель – История.

22 января 2011 г.Константиновский Р.С., Шибков В.М., Шибкова Л.В. Влияние газового разрядана воспламенение водородно-кислородной смеси. // Кинетика и катализ, 2005,т.46, № 6, сс.821-834.Shibkov V.M., Aleksandrov A.F., Chernikov V.A., Ershov A.P., Shibkova L.V.Microwave and Direct-Current Discharges in High-Speed Flow: Fundamentals andApplication to Ignition. // Journal of Propulsion and Power, 2009, v.25, No 1, pp. 123137.Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. – Свободно локализованный СВЧразряд в воздухе. М.: Нефть и газ. 1996.Шибкова Л.В., Шибков В.М. – Разряд в смесях инертных газов. М.: Физматлит.2005.The International Workshops on Weakly Ionized Gases, American Institute ofAeronautics and Astronautics, USA.

The International Workshops on Magneto- andPlasma Aerodynamics for Aerospace Applications, High Temperature Institute of RAS,Russia. The International Workshops Thermochemical and Plasma Processes inAerodynamics, Hypersonic Systems Research Institute, Russia.Barkhudarov E.M., Berezhetskaya N.K., Kop’ev V.A., Kossyi I.A., et.al. // J. Phys. D:Appl. Phys., 2010, v.43. p.365203.Artem’ev K.V., Kazantsev S.Yu., Kononov N.G., Kossyi I.A., et.al. // J.

Phys. D: Appl.Phys., 2013, v. 46, 055201, p. 11.Berezhetskaya N.K., Gritsinin S.I., Kop’ev V.A., Kossyi I.A., et.al. // Plasma Phys.Rep., 2009, v. 35, p. 471.S.E.Grytsinin, LA.Kossyi, Yu.F.Kolesnichenko, et.al. The features of gaseous mixturescombustion initiated by high current slipping surface discharge. // 4th AIAA17518.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.Plasmadynamics and Lasers Conference, 32nd, and Weakly Ionized Gases Workshop,AIAA-2001-2947, Anaheim, CA, June 11-14, 2001.G.M.Batanov, S.I.Gritsinin and I.A.Kossyi. Propulsion produced by non-self-sustainedmicrowave discharge.

// 41st Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, USA. AIAA2003-499.I.A.Kossyi, V.P.Silakov and N.M.Tarasova. Methane-oxygen mixture combustioninitiated by high-current gliding surface discharge. // 41st Aerospace Sciences Meeting,Reno, Nevada, USA. AIAA-2003-700.I.A.Kossyi, N.K.Berezhetskaya, S.I.Gritsinin, et.al. Long-lived plasmoids as initiatorsof combustion in gas mixtures. // 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno,Nevada, USA.

AIAA-2004-836.N.K.Berezhetskaya, S.I.Gritsinin, V.A.Kop’ev, at.al. Microwave discharge as a methodfor igniting combustion in gas mixtures. // 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting,Reno, Nevada, USA. AIAA-2005-991.I.A Kossyi, N K Berezhetskaya, S.I.Gritsynin, et.al.

Abnormal long-lived plasmoids bysurface microwave discharge or surface laser spark in a combustible gas mixture. // 44 thAIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, USA. AIAA-2006-1213.S.I.Grytsinin, I.A.Kossyi, M.A.Misakyan, et.al. Features of Gaseous MixturesCombustion Initiated by High-Current Slipping Surface Discharge. // Journal ofThermophysics and Heat Transfer. 2002, v.16, No.3, pp.450-454.Klimov A., Bityurin V., Grigorenko A., et.al. Plasma-Assisted Oxidation of AluminumDusty Particles in Water Steam. // 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Nashville,Tennessee, AIAA-2012-664.Klimov A., Bityurin V., Grigorenko A., et.al.

Plasma-Assisted Reaction ofHeterogeneous Al-H2O Mixture in High-Speed Swirl Flow. // 49th AIAA AerospaceSciences Meeting, Orlando, Florida, USA, AIAA-2011-1333.Klimov A., Bityurin V., Grigorenko A., et.al. Plasma Assisted Combustion ofHeterogeneous Fuel in High-Speed Airflow. // 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting,Orlando, Florida, USA, AIAA-2009-1411.Klimov A., Bitiurin V., Moralev I, et.al. Non-Premixed Plasma-Assisted Combustionin High-Speed Vortex Airflow. // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno,Nevada, USA, AIAA-2007-1388.A.I.Klimov. Non-premixed plasma assisted combustion of hydrocarbon fuel in highspeed airflow.

// 44th Aerospace Sciences Meeting. AIAA-2006-0617.Bocharov A., Bityurin V., Klement’eva I., Klimov A. // Proceedings of 44th AerospaceSciences Meeting, 2006, Reno, NV, USA. AIAA-2006-1009.A.Klimov, V.Bityurin, A.Kuznetsov, et.al. External and internal plasma assistedcombustion.

// 42nd Aerospace Sciences Meeting. Reno, Nevada, USA, AIAA-20041014.Esakov I.I., Grachev L.P., Khodataev K.V. et.al. Propane-air mixture combustionassisted by MW discharge. // IEEE IEEE Trans. Plasma Sci., 2008, v. 34, No. 6, pp.2497-2506.I.I.Esakov, L.P.Grachev, K.V. Khodataev, and David M. VanWie. Investigation of theundercritical microwave streamer gas discharge for jet engine fuel ignition. // 4th AIAAPlasmadynamics and Lasers Conference, 32nd, and Weakly Ionized Gases Workshop,Anaheim, CA, USA. AIAA-2001-2939.I.I.Esakov, L.P.Grachev, K.V.Khodataev, and David Van Wie. Experiments onpropane ignition in high-speed airflow using a deeply undercritical microwave17634.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.discharge. // 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, USA.AIAA-2004-840.V.L.Bychkov, I.I.Esakov, L.P.Grachev, et.al.

Creation of radio transparent materials ona basis of metallic microwires in glass isolation for fuel ignition systems with a help ofmicrowave discharges. // 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno,Nevada, USA. AIAA-2005-1198.K.V.Alexandrov, I.I.Esakov, L.P.Grachev, and K.V.Khodataev. Experimental Study ofDetonation in Propane-Air Mix Initiated by Pulse Microwave Discharge. // 46th AIAAAerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, USA.

AIAA-2008-1406.D.V.Bychkov, I.I.Esakov, L.P.Grachev, et.al. Electrical Discharge in DeeplySubcritical Field of Microwave Beam in a High-Speed Air Stream and in Propane-AirMixture. // 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, Florida, USA, AIAA2009-1551.K.K.Aleksandrov, I.I.Esakov, L.P.Grachev, et.al. Boundary-Layer Control Based onLocalized Plasma Generation: Development of the Microwave System. // 48th AIAAAerospace Sciences Meeting, Orlando, Florida, USA. AIAA-2010-1003,.I.I.Esakov, L.P.Grachev, K.V.Khodataev, D.M.Van Wie.

Microwave Discharge inQuasi-optical Wave Beam. // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit,AIAA-2007-433, Reno, Nevada, Jan. 8-11, 2007.I.I.Esakov, L.P.Grachev, K. V.Khodataev, et.al. Initiated Surface Microwave Dischargeas an Efficient Active Boundary-Layer Control Method. // 47th AIAA AerospaceSciences Meeting, Orlando, Florida, USA. AIAA-2009-889.V.L.Bychkov, I.I.Esakov, L.P.Grachev.