Диссертация (1102387), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

51 представлен общий вид без временногоразрешениявнешнегогоренияпропан-воздушногопотока.Прифотографировании специально была закрыта экраном ярко светящаяся зонагорениявысокоскоростногопропан-воздушногопотокавобластисуществования комбинированного разряда. Поэтому на фотографии видентолько самый край этой ярко светящейся области и голубое свечение135пламени вниз по потоку. Без инжекции пропана в высокоскоростную струю,или при вкладываемой в разряд электрической мощности меньше 4 кВт, атакже в случае бедных (эквивалентное отношение пропана  < 0.3) илибогатых ( > 2) топливных смесей плазменно-стимулированное горениевысокоскоростных воздушно-углеводородных потоков в условиях нашегоэксперимента не реализуется.Рис. 51.

Стабилизация внешнего горения трансзвукового M ~ 1 пропан-воздушного потокав условиях комбинированного разряда.Дляизмеренияпродольного(вдольпотока)распределениятемпературы газа регистрировался спектр излучения пламени на различныхрасстояниях от кончиков электродов. Спектр фиксировался с помощьюцифровогодвухканальногоспектрографаAvaSpec20482DTфирмыAvantes. Температура газа Tg определялась из сравнения экспериментальноизмеренных и синтезированных молекулярных полос (0;0) и (1;1) циана сдлинами волн кантов  = 388.3 нм и  = 387.1 нм.На рис.

52 представлены экспериментально полученные спектрыизлучения пламени при горении пропан-воздушного потока. Видно, что вобласти разряда вблизи электродов спектр состоит только из полос CN, тогдакак на больших расстояниях (z = 15-25 см) от разрядной области спектризлучения пламени содержит в основном полосы радикала CH. Получено,что в области существования разряда z = 0-10 см от кончиков электродовтемпература газа изменяется от 2500 до 2000 К, тогда как вне разряда нарасстоянии z = 15 см температура пламени равна приблизительно 1800 К,постепенно уменьшаясь вниз по потоку.13615000600014000CNCNI, отн.ед.I, отн.ед.10000CN50000350370390410, нм430CNCH20000350370390410430450, нм100034800800600CNI, отн.ед.I, отн.ед.CNCN4501000CH40020003502600CN400CH2003703904104304500350370390410430450, нм, нмРис.

52. Спектр пламени при горении пропан-воздушного потока M ~ 1 на различныхрасстояниях от кончиков электродов z, см: 1 – 6; 2 – 8; 3 – 15; 4 – 25.В эксперименте инжекция пропана производилась в течение 1 с ввысокоскоростной поток воздуха (длительность потока 2 с) с временнойзадержкой 0.5 с относительно старта воздушного потока. В течение времениинжекции пропана на внешней поверхности пластины создавался разряд.Система спектральных измерений позволяла регистрировать с экспозицией20 мс сорок спектров за одну секунду. На рис.

53 представлен временной ходтемпературы пламени, измеренный на расстоянии z = 12 см. Видно, чтосредняя за время горения пропана температура пламени порядка 1850 К,причем спустя 200 мс после воспламенения осуществляется стабилизацияплазменно-стимулированного горения.1372700T, K2100150090030002004006008001000t, мсРис. 53. Температура пламени при горении трансзвукового M ~ 1 пропан-воздушногопотока на расстоянии z = 12 см от кончиков электродов.Экспериментальнореализованастабилизациявнешнего(наповерхности пластины) горения дозвукового спирт-пропан-воздушногопотока.

Показано, что в дозвуковом потоке при горении спирта в условияхкомбинированного разряда тепловой поток возрастает приблизительно в 7раз, а при горении пропана в 15 раз по сравнению с потоком тепла от разрядаUTC, отн.ед.в воздушном потоке без инжекции топлива (см. рис. 54).1,00,50,0t, с0,00,30,60,91,21,51234Рис. 54. Временная зависимость сигнала, регистрируемого термопарой, расположеннойвниз по потоку M ~ 1 на расстоянии z = 15 см от электродов. 1 – старт высокоскоростноговоздушного потока; 2 – момент включения разряда постоянного тока; 3 – началоинжекции спирта; 4 – инжекция пропана.138Определение степени ионизации газа при горении спирт-пропанвоздушногопотокапроводилосьметодомизмеренияпоглощениязондирующего маломощного (100 мВт) микроволнового излучения. Дляэтогоприменяласьдвухпроводнаялиния.Вкачествеисточникамикроволнового излучения был выбран СВЧ-генератор, работающий надлиневолны8 мм.Вначалеиспользоваласьдвухпроводнаялиния,изготовленная из молибденовых проволочек толщиной 0.3 мм, расстояниемежду которыми было 4 мм.

Такая конструкция позволяет локализовать вмалойобластизондирующееизлучениеиизбежатьрефракциинавысокоскоростном потоке пламени, что невозможно предотвратить встандартных методах подвода диагностического микроволнового излучения.Двухпроводная линия располагалась перпендикулярно потоку на расстоянии15 см от кончиков электродов. Это предотвращало замыкание разряда надвухпроводную линию. Было получено, что концентрация электронов присоздании разряда в воздушном потоке без инжекции пропана и спирта непревышала 109 см-3. Первые же пуски с инжекцией газообразного илижидкого углеводорода привели к тому, что проволочки, находящиеся в зонепламени, расплавлялись в течение 200-300 мс после начала горения. Этотфакт был зафиксирован с помощью высокоскоростной видеокамеры.

Послеэтого была проведена модификация двухпроводной линии. Проволочки былизаменены на пластины толщиной 1 мм и шириной 3 мм. Такая конструкциявыдерживала тепловые нагрузки без расплавления в течение двух секунд.Концентрация электронов, измеренная на расстоянии 15 см отэлектродов вниз по потоку с помощью модифицированной двухпроводнойлинии по поглощению зондирующего маломощного микроволновогоизлучения, представлена рис. 55. Видно, что концентрация электронов присоздании разряда в воздушном потоке без инжекции углеводородов непревышает величины 109 см-3. При горении спирта концентрация электронов139в области пламени достигает величины 21011 см-3, а при горении пропанаравна 31011 см-3.1210111010ne, см-3321010910810,00,51,01,5t, сРис.

55. Временной ход концентрации электронов, измеренный с помощьюдвухпроводной линии, помещенной на расстоянии z = 15 см от электродов. 1 – разрядпостоянного тока в потоке воздуха; 2 – горение спирта; 3 – горение пропана. M ~ 1.Температурапламенипригоренииуглеводородноготопливаизмерялась также с помощью накаленного зонда. Расчет для плотности токанасыщенияна двойной накаленный зонд проводился по формуле: Fj0  A T 2 exp  , kT Где A  A0 1  r  , A0  4ek 2me / h3  120.4 А/см2К 2 , F – работа выходаэлектрона,врасчетепринималось,чтоусредненныйпоэнергиямкоэффициент отражения электронов от поверхности эмиттера r  0.3- 0.7.Для определения температуры пламени использовалась рассчитаннаякалибровочная зависимость тока насыщения на двойной вольфрамовыйнакаленный зонд от температуры, приведенная на рис.

24.В эксперименте двойной зонд помещалсяза диэлектрическойпластиной, на котором осуществлялось воспламенение и стабилизациягорения трансзвукового М ~ 1 пропан-воздушного потока. Параметры140двойного зонда: материал – вольфрамовая проволока диаметром 1 мм идлиной 2 см; расстояние между зондами – 2 мм; напряжение между зондами– 15 В. После воспламенения пропан-воздушного потока двойной зондначинает нагреваться, что видно на рис.

56, где представлен временной ходтока насыщения на двойной зонд, помещенный в область горениявысокоскоростного пропан-воздушного потока. Вначале, пока зонд не нагрети термоэмиссионный ток с его поверхности равен нулю, регистрируемый токопределяется концентрацией заряженных частиц в потоке пламени. По меренагревания зонда горячим потоком ток термоэлектронной эмиссии растет испустя время приблизительно 1 с после начала горения он выходит наустановившееся значение, то есть температура зонда к этому временипринимает стационарное значение.

Предполагая, что в установившемсярежиме температура зонда будет равна температуре потока, и, используяграфик зависимости тока насыщения на двойной зонд от температуры (см.рис. 24), была определена температура пламени на выходе из канала.50i, мкА4030201000,00,40,8t, с1,21,6Рис. 56.

Временной ход тока насыщения на двойной зонд, помещенный в область горениятрансзвукового М ~ 1 пропан-воздушного потока.В эксперименте ток термоэлектронной эмиссии за вычетом токапроводимости ионизованного газа (пламени) достигает 40 мкА. Этому141соответствует температура пламени на выходе из канала Т = 1800-1850 К.Полученная с помощью наколенного зонда температура пламени с хорошейточностью совпадает с температурой, измеренной спектральным методом(смотри рис. 53).Дляизмеренияполнотысгоранияуглеводородноготопливаиспользовались несколько методик. Во-первых, в эксперименте измеряласьтемпературапламенивусловияхвысокоскоростногогорения.Знаясекундный массовый расход воздуха и пропана можно определить, сколькоуглеводородного топлива должно сгореть, чтобы нагреть струю пламени доизмеренной температуры.

Характеристики

Список файлов диссертации