Диссертация (1102387), страница 19
Текст из файла (страница 19)
величину вкладываемой в плазму энергии,длительностьичастотуследованияимпульсов.Этоможетбытьосуществлено при создании разряда в режиме программированногоимпульса. Подробное исследование программированного режима созданияСВЧ-разряда в неподвижном воздухе проведено в [11]. Этот режимиспользовался для оптимизации создания свободно локализованного СВЧразряда,создаваемогомощнымсфокусированнымпучкомэлектромагнитного излучения в заданной области свободного пространства.В этом случае пробой газа и создание плазмы осуществляется с помощьюмощного короткого импульса, или пачки коротких мощных импульсов, аподдержание свободно локализованного СВЧ-разряда и вклад энергии вплазму происходитвтечение длительногомаломощногоимпульса,следующего с некоторой временной задержкой после первого импульса.116В диссертации была осуществлена модификация режима созданияпрограммированного разряда в условиях сверхзвуковых потоков с цельюизучения возможности его применения для управления процессом горениявоздушно-углеводородноготоплива.Преждечемиспользоватьпрограммированный разряд для стабилизации горения, вначале необходимобыло реализовать данный тип разряда в высокоскоростном воздушномпотоке и изучить динамику его развития.Программированный разряд создавался в режиме, когда маломощныйимпульс включается в течение времени, равном длительности пачкикоротких мощных импульсов.
Число импульсов в пачке N = 40, частотаповторенияf = 50 Гц.Длясозданиямощныхкороткихимпульсовиспользовался СВЧ генератор с параметрами: = 2.4 см, 1 = 20 мкс,W = 50 кВт, Q = 1000. В качестве маломощного импульса использовалсяразряд постоянного тока. В данной серии экспериментов длительностьпрограммированного импульса равна 0.8 с. В свободном потоке разрядпостоянного тока без СВЧ-импульсов не существовал. Инжекция жидкогоуглеводородного топлива не производилась.На рис.
36 представлена интегральная (время экспозиции tэксп = 1 с)фотография общего вида программированного разряда в трансзвуковомМ ~ 1 воздушном потоке без инжекции спирта.Рис. 36. Фотография общего вида программированного разряда в трансзвуковом М ~ 1воздушном потоке, tэксп = 1 с.Слева на фотографии наблюдается свечение поверхностного СВЧразряда, справа – разряда постоянного тока. В центре фотографии видна117диэлектрическая пластина (вид сбоку), на которой создавался разряд врежиме программированного импульса. Для этого на пластине (заподлицо сее верхней поверхностью) были смонтированы кварцевая антенна длясоздания поверхностного СВЧ-разряда и электроды для реализации разрядапостоянноготока.Слеваможновидетьоконечнуюсекциюаэродинамического канала прямоугольного сечения, оснащенного датчикомдавления, первой термопарой, используемой для измерения температурыневозмущенного потока, и инжектором для введения жидкого спирта вкапельной фазе в высокоскоростной воздушный поток.
Эти устройстваразмещены на верхней стенке канала. Справа вниз по потоку на расстоянииz = 10 см от электродов расположены: двойной зонд, используемый дляизмерения степени ионизации газа, создаваемую разрядом или в результатегорения спирта в воздушном потоке, вторая термопара, используемая дляизмерения тепловых потоков от разряда или от области горения, а такжеспециальная насадка, служащая для измерения давления торможения истатического давления.В эксперименте также использовались высокоскоростная цифроваявидеокамера,фиксирующаядинамикуразвитияизучаемогоявления,цифровая фотокамера, фиксирующая общий вид разряда и горения спиртабез временного разрешения, монохроматор для фиксации временного ходаинтенсивности свечения радикала ОН, фотоэлектронный умножитель дляфиксации временного хода интегрального (без спектрального разрешения)свечения и спектрограф с цифровой регистрацией спектра.
На цифровомосциллографе фиксировались также импульсы разрядного тока и напряженияна разрядном промежутке.Для изучения динамики данного разряда проводилась регистрация свременным разрешением общего вида разряда с помощью высокоскоростнойвидеокамеры. На рис. 37 представлен фрагмент видеограммы (время от 400ой до 424-ой миллисекунды от начала развития разряда).
Видно, что118исследуемый разряд представляет собой тонкий диаметром порядка 1 ммплазменный канал, вытягиваемый вниз по потоку. При достижении разрядомдлиныпорядка10-15 смиспользуемыйвэкспериментеисточникпостоянного напряжения уже не может обеспечить его существования.Разрядная петля разрывается и плазменный канал исчезает. Одновременнов месте наименьшего сближения электродов происходит новый пробой газа,и процесс вытягивания разрядной петли вниз по потоку повторяется снова.Рис. 37. Динамика программированного разряда в трансзвуковом M~1 воздушном потоке.Время экспозиции одного кадра 4 мкс, частота съемки 5000 кадров в секунду (временнойинтервал между кадрами 200 мкс.
Поток направлен слева направо, время – сверху вниз ислева направо. Левый верхний кадр – первый, правый нижний – последний.119Частота пульсаций разряда в эксперименте изменялась от 0.5 до 1 кГц.С увеличением скорости потока частота пульсаций возрастает.Пульсирующий характер разряда приводит к сильной осцилляциинапряжения на разрядном промежутке, разрядного тока и интегральногосвечения (рис. 38, а, б, в).10а200,000,250,500,75б5i, АU, кВ401,000,000,250,500,75t, сt, с20,0гв12UTP , отн.ед.-0,5IФЭУ, отн.ед.1,00-1,0-1,500,000,250,500,751,000,000,250,500,751,00t, сt, сРис. 38. Временной ход напряжения на разрядном промежутке (а), импульса разрядноготока (б), интегрального свечения разряда (в) и сигнала, регистрируемой второйтермопарой, расположенной вниз по потоку на расстоянии z = 10 см от кончиковэлектродов, в условиях программированного разряда в трансзвуковом M ~ 1воздушномпотоке без инжекции спирта. Давление воздуха в камере pair=1 атм, длительностьпрограммированного разряда = 0.8 с.Особенно сильные наблюдаются пульсации напряжения.
Это связано стем, что при вытягивании разрядной петли вниз по потоку падениенапряжения на ней возрастает. А так как длина петли сильно изменяется от 1до 30 см в процессе ее вытягивания вниз по потоку, то и напряжение на120разрядном промежутке сильно осциллирует от нескольких вольт до четырехкиловольт.На рис. 38, г представлен временной ход сигнала, зарегистрированныйс помощью второй термопары, расположенной вниз по потоку на расстоянииz = 10 см от кончиков электродов. Из-за инерционности используемойтермопары (постоянная времени релаксации термопары составляет несколькосотен миллисекунд) сигнал не сразу достигает стационарного значения.Осцилляции сигнала на термопаре связаны с наводкой от импульсногоповерхностного СВЧ-разряда.54U, кВ32100246810i, АРис.
39. Вольтамперная характеристика комбинированного разряда в трансзвуковом M ~ 1потоке воздуха при нагрузочном сопротивлении R = 850 Ом (среднее значение разрядноготока i = 4 A). Вольтамперная характеристика построена по данным трех независимыхпусков.Сильные осцилляции напряжения на разрядном промежутке (рис. 38,а)иразрядноготока(рис. 38,б)ведутктому,чтовольтампернаяхарактеристика разряда в потоке представляет собой немонотоннуюнеоднозначную зависимость напряжения на разрядном промежутке от тока(смотри рис. 39).121§ 4.2. Стабилизация горения жидкого спирта в трансзвуковом потокевоздуха в условиях программированного СВЧ разрядаВэтомпараграфеисследуетсявлияниенизкотемпературнойнестационарной плазмы программированного разряда на эффективностьгорения жидкого спирта, инжектируемого в капельной фазе в трансзвуковойМ ~ 1 воздушный поток.
Программированный разряд создавался в режиме,когда маломощный импульс включается в течение времени, равномдлительности пачки коротких мощных импульсов. Число импульсов в пачкеN = 40, частота повторения f = 50 Гц. Для создания мощных короткихимпульсов использовался СВЧ-генератор с параметрами: длина волны СВЧизлучения = 2.4 см, длительность СВЧ импульсов 1 = 20 мкс, импульснаямощность W = 50 кВт, скважность в импульсно-периодическом режимеQ = 1000.Вкачествемаломощногоимпульсаиспользовалсяразрядпостоянного тока. В свободном потоке разряд постоянного тока без СВЧимпульсов не существовал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
