Диссертация (1102387), страница 20
Текст из файла (страница 20)
В данной серии экспериментов длительностьпрограммированного импульса равна 0.8 с. Время задержки подачи жидкогоуглеводородноготопливаотносительнопереднегофронтаразрядапостоянного тока равно 0.3 с.Рис. 40. Интегральная (без временного разрешения) фотография зоны горения спирта втрансзвуковом M ~ 1 потоке в условиях программированного импульса.Спомощьюпрограммированногоимпульсаосуществленастабилизация горения жидкого спирта на поверхности диэлектрическойпластины длиной 10 см, обтекаемой трансзвуковым воздушным потоком.
На122рис. 40 представлен общий вид процесса горения жидкого спирта,инжектируемого в поток воздуха. Воздушный поток распространяется слеванаправо. Рассеяние света от пламени на капельках спирта позволяетвизуализировать поток горючего (на фотографии слева). Справа от зоныгорения (область яркого белого свечения) вниз по потоку наблюдаетсяслабосветящаяся зона красного свечения.415аб2i, АU, кВ10500,000,250,500,7501,000,000,25t, с0,01,00г3UTP , отн.ед.-1,0-1,522ФЭУ, отн.ед.0,754в-0,5-2,0-2,50,50t, с0,000,250,500,751,00t, с100,000,250,500,751,00t, сРис. 41.
Временной ход импульса напряжения на разрядном промежутке (а), разрядноготока (б), интегрального по спектру импульса свечения (в) и сигнала от второй термопары,установленный вниз по потоку от области горения (г) в условиях программированногоразряда в трансзвуковом M ~ 1 воздушном потоке без инжекции спирта (t = 0-0.3 с), впроцессе воспламенения (t = 0.3-0.45 с) и стабилизации горения (t = 0.45-0.8 с) приинжекции в поток жидкого спирта.
Давление воздуха в камере pair=1atm, секундныйрасход спирта dm/dtспирт = 1.6 мл/с, длительность программированного разряда = 0.8 с,длительность инжекции спирта спирт = 0.5 с, время задержки инжекции спирта tзад = 0.3 с.На рис. 41, а представлена осциллограмма импульса напряжения наразрядном промежутке. Инжекция спирта в трансзвуковой поток начинаетсяспустя 0.3 с после включения разряда. До этого времени наблюдаются,123аналогично рис. 38, сильные осцилляции величины падения напряжения наразряде. После начала инжекции спирта в течение приблизительно 150 мссильныеколебаниянапряжениясохраняются,азатемонирезкоуменьшаются и остаются на низком уровне вплоть до окончания импульсаразрядного тока.
Что касается импульса разрядного тока (смотри рис. 41, б,то после 450 мс величина разрядного тока несколько возрастает, а егопульсации также сглаживаются.Сразу после начала инжекции спирта испытывает резкий скачок сигналс фотоэлектронного умножителя (смотри рис. 41, в), регистрирующийинтенсивность интегрального свечения. Это связано с началом процессавоспламенения спирта. Однако, так же как и при разряде в воздухе в этотпериод интенсивность свечения нестабильна. После того, как осцилляциинапряжения на разряде резко уменьшаются, сглаживается и сигнал сфотоэлектронного умножителя.На рис.
41, г приведен временной ход сигнала с термопары. Видно, чтоспустя время 0.3 с после начала разрядного тока происходит резкий излом насигнале, регистрируемом термопарой. Скорость нарастания сигнала резковозрастает, что свидетельствует о том, что в это время возрастает тепловойпоток, достигаемый термопары, расположенной на расстоянии z = 10 см отобласти горения. Именно через 0.3 с после включения разряда начинаетсяинжекция в поток жидкого спирта.
Это свидетельствует о том, что пригорениипроисходитдополнительноевыделениетеплаврезультатехимических реакций.Зная мощность, выделяемую в разряде, и изменение сигнала оттермопарывдополнительнаярезультатегоренияэнергиявыделяетсяспирта,вможноусловияхрассчитатькакаяэксперимента.Приизвестных секундном расходе спита и удельной теплоте сгорания спиртабыла оценена полнота сгорания. В различных реализациях при изменении124внешних условий полнота сгорания спирта в условиях программированногоразряда в трансзвуковом воздушном потоке изменяется в пределах 60-80 %.Рис.
42. Динамика развития процесса воспламенения и горения спирта в трансзвуковомM ~ 1 потоке воздуха в условиях программированного импульса.На рис. 42 представлена динамика развития программированногоразряда (поверхностный СВЧ-разряд плюс разряд постоянного тока) втрансзвуковом воздушном потоке с числом Маха М ~ 1 при атмосферномдавлении воздуха в камере ркам = 1 атм, давлении воздуха в ресиверевысокого давления р0 = 2 атм, длительности воздушного потока воздух = 1.5 с,длительностиинжекциивкапельнойфазеспиртаввоздушныйтрансзвуковой поток спирт = 0.5 с, время задержки начала впрыска спирта поотношению к моменту старта воздушного потока зад = 0.3 с, длительностиимпульса источника постоянного напряжения = 0.8 с, средней мощностиразряда постоянного тока WРПТ 11 кВт, длительности СВЧ-импульсовСВЧ = 20 мкс, частоте их следования f = 50 Гц, числе импульсов в пачкеN = 40, импульсной СВЧ-мощности Wи = 100 кВт, средней СВЧ-мощностиWСВЧ = 100 Вт.125Режим работы высокоскоростной камеры: время экспозиции одногокадра – 4 мкс, частота съемки 5000 кадров в секунду (временной интервалмежду кадрами – 200 мкс).
Слева – вид сбоку разряда в воздушном потоке(время регистрации – 56-ая миллисекунда от начала разряда). Посредине –переходный процесс воспламенения трансзвукового воздушно-спиртовогопотока (время регистрации – 320-ая миллисекунда от начала разряда). Справа– стабилизация горения трансзвукового воздушно-спиртового потока (времярегистрации – 760-ая миллисекунда от начала разряда).Для изучения процесса стабилизации горения регистрировался свременным разрешением с помощью высокоскоростной видеокамеры общийвид пламени (смотри рис. 43).Рис. 43. Фрагмент видеограммы, зафиксированный после начала стабилизации процессагорения жидкого спирта, инжектируемого в трансзвуковой M ~ 1 воздушный поток, вусловиях программированного разряда.126На рис.
43 представлен фрагмент видеограммы (время от 400-ой до418-ой миллисекунды от начала развития разряда), зафиксированный посленачала стабилизации процесса горения жидкого спирта, инжектируемого втрансзвуковой воздушный поток. Время экспозиции одного кадра – 4 мкс,частота съемки 5000 кадров в секунду. Видно, что канальная структураразряда исчезает, область горения фиксируется на поверхности пластинывблизиэлектродов.Втечениевременипроисходят незначительныеизменения в общем виде процесса горения. Следует отметить, что, еслиинжекция спирта в поток прекращается до момента окончания импульсаразрядного тока, то разряд переходит в режим пульсирующего разряда, аколебания напряжения на разрядном промежутке снова резко возрастают.4U, кВ32211002346810121416i, АРис. 44.
Вольтамперные характеристики комбинированного разряда без стабилизации(кривая 1) и при стабилизации (кривая 2) горения спирта в трансзвуковой M ~ 1воздушной струе. 3 – нагрузочная прямая при балластном сопротивлении R = 500 Ом(среднее значение разрядного тока i = 7 A).Нарис. 44представленавольтампернаяхарактеристикакомбинированного разряда в условиях стабилизации горения жидкого спиртапри четырех значениях балластного сопротивления R. На этом же графикеприведена нагрузочная прямая при балластном сопротивлении R = 500 Ом.127Видно, что в условиях стабильного горения жидкого углеводородноготоплива, чем больше значение тока, тем меньше напряжение на разрядномпромежутке, т.е. вольтамперная характеристика падающаяНагрузочная прямая пересекает вольтамперную характеристику в двухточках.
В верхней точке пересечения разряд нестабилен, так как прислучайном уменьшении тока напряжение на разрядном промежутке такжеуменьшается, что ведет к дальнейшему падению тока и разряд гаснет. Приувеличении тока напряжение на разряде растет, что приводит к увеличениючастотыионизациии,соответственно,концентрацииэлектроновиразрядного тока. В нижней точке пересечения нагрузочной прямой ивольтамперной характеристики происходит стабилизация разряда.§ 4.3. Параметры пламени при горении жидкого спирта в условияхпрограммированного разряда в высокоскоростном воздушном потокеДля оптимизации процесса сжигания жидкого углеводородноготоплива в высокоскоростном воздушном потоке необходимо проводитьвсестороннююдиагностикуэкспериментахкомплекс,изучаемогоиспользовалсясостоящийизявления.Савтоматизированныйоптическихэтойцельювдиагностическийрефракционныхдатчиков,фотоэлектронных умножителей, системы для измерения проводимостипламени,электрическихдвухпроводнойлинии,зондов,цифровыхтермопар,датчиковмонохроматоров,давления,спектрографов,осциллографов, фото и видеокамер.На первом этапе в качестве жидкого углеводородного топливаиспользовался технический спирт.
Были проведены измерения параметровплазмы и газа в условиях стационарного горения на поверхностидиэлектрической (тефлоновой) пластины жидкого спирта, инжектируемого вкапельнойфазевтрансзвуковой128(М ~ 1)воздушныйпоток.Длявоспламенения и стабилизации горения использовалась нестационарнаянеравновесная низкотемпературная плазма программированного разряда.Программированный разряд создавался в режиме, когда маломощныйимпульс включается в течение времени, равном длительности пачкикоротких мощных СВЧ-импульсов. Число импульсов N в пачке можно былоизменять от 1 до 100, частота повторения СВЧ-импульсов f = 50 Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
