Диссертация (1102387), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Во-вторых, измерялась температура газа взакрытой камере сразу же после пуска. Зная массу воздуха в камере можноопределить, какое количество теплоты должно выделиться, чтобы нагретьвсю газообразную среду до измеренной температуры, и, соответственно,сколько топлива должно при этом сгореть. В-третьих, проводилосьизмерение давления в закрытой камере в процессе пуска воздуха без разряда,с разрядом без горения и в результате горения углеводородного топлива.Отсюда также можно определить долю сгоревшего пропана. В-четвертых,проводилась регистрация концентрации паров воды в камере после сгоранияпропана.
Зная количество пропана, вводимого в поток, можно рассчитатьконцентрацию паров воды, которая должна образоваться при полномсгорании пропана. Сравнивая эту величину с измеренной концентрациейпаров воды, образовавшейся в эксперименте, можно рассчитать полнотусгорания пропана. Так, например, при скорости потока 450 м/с при полномсгораниипропанадолжнобылообразоваться14.2 гводы,аэкспериментально измеренное по изменению абсолютной влажности вкамереколичествообразовавшейсяводыполучилось13.8 г.Этомусоответствует полнота сгорания 97 %. Полнота сгорания определялась такжес помощью датчика пропана, расположенного внутри закрыто камеры.142Полученные таким образом результаты представлены на рис. 57.Видно, что в условиях комбинированного разряда в дозвуковом потокепроисходит полное сгорание углеводородного топлива, а в сверхзвуковыхпотоках полнота сгорания достигает 95 %.10080, %60402000100200300400500, м/сРис.
57. Зависимость доли сгоревшего пропана от скорости пропан-воздушного потока.Показано, что в условиях программированного разряда реализованастабилизация плазменно-стимулированного горения спирта, вводимого вдозвуковой (М=0.3-0.9) воздушный поток в капельной (в виде спрея) фазе.Получено, что в процессе перехода от разряда в воздушном потоке кстабилизации горения жидкого углеводородного топлива резко изменяютсявнешний вид и вольтамперная характеристика разряда, спектр излучения иинтегральнаяинтенсивностьсвеченияпламени,тепловойпоток,концентрация электронов, интенсивность излучения гидроксила, временныезависимости разрядного тока и особенно напряжения на разрядномпромежутке.
Полнота сгорания жидкого спирта при стабилизации горениядостигает 80 % и более в зависимости от подводимой мощности, причемгорение происходит при температуре пламени порядка 2000 К.143Глава 5СТАБИЛИЗАЦИЯ СВЕРХЗВУКОВОГО ГОРЕНИЯ ПРОПАНВОЗДУШНОГО ТОПЛИВА ВНУТРИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГОКАНАЛА В УСЛОВИЯХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫПятая глава посвящена описанию экспериментов по стабилизации спомощьюнизкотемпературнойгазоразряднойплазмысверхзвуковогогорения пропана внутри гладких (без застойных зон) аэродинамическихканалов.§ 5.1.
Плазменно-стимулированное сверхзвуковое горение пропанвоздушного топлива внутри аэродинамического каналаОсновные эксперименты по стабилизации сверхзвукового горенияпропан-воздушноготопливабыливыполненысиспользованиемрасширяющегося аэродинамического канала прямоугольного сечения длиной50 см.
Фотографию канала, помещенного внутрь барокамеры, можно видетьна рис. 14. Отношение площади S2 выходного сечения к площади S1 входногосечения канала S2/S1=12. Специальная система позволяла с помощьюэлектродного разряда постоянного тока генерировать внутри каналанизкотемпературную газоразрядную плазму в условиях сверхзвуковыхпотоков воздуха в широком диапазоне статических давлений р = 100760 Тор. Канал оснащен четырьмя датчиками давления, расположеннымиравномерно по длине канала на его боковой стенке на одинаковыхрасстояниях друг от друга.
Это позволяло фиксировать распределениегазодинамических характеристик потока вдоль канала без горения и вусловиях плазменно-стимулированного горения воздушно-углеводородноготоплива. Для измерения в масштабах реального времени основных144параметровнизкотемпературнойплазмыипламенииспользовалсядиагностический комплекс, подробно описанный в Главе 3.Аэродинамическийпрямоточногоканал,моделирующийвоздушно-реактивногодвигателя,камерумонтировалсясгораниявнутриметаллической барокамеры диаметром 1 м и длиной 3 м.
Вакуумная камерасостоит из двух секций большой и малой. Большая секция камеры,смонтированная на тележке, может с помощью специального запорногоустройства отсоединяться от малой секции и откатываться по рельсам, чтообеспечивает легкий доступ внутрь камеры для размещения в нейнеобходимых экспериментальных объектов и для других технологическихцелей. По боковой поверхности камеры расположено более двадцатидиагностических окон различного диаметра d=1050 см и ряд герметическихэлектрических разъемов, что позволяет проводить наблюдения за процессамивнутри камеры, и обеспечивает подачу необходимых электрическихнапряжений и других управляющих и вспомогательных сигналов внутрькамеры без нарушения ее герметичности.На входе аэродинамического канала устанавливалось сопло Лаваля.Воздух высокого давления р0 =1-6 атм подводился к соплу с помощьюприсоединенного гибкого воздухопровода.
Канал жестко крепился намеханических весах, позволяющих определять возникающую при плазменностимулированномгорениисилутяги.Большинствоэкспериментовпроводились при атмосферном давлении: расход воздуха dmair/dt = 105 г/с,скорость на входе в аэродинамический канал 1 =480 м/с, М1 = 1.8.Некоторые эксперименты проводились при пониженных давлениях воздуха.В этом случае камера закрывалась и откачивалась до необходимогоначального давления воздуха в диапазоне 100-760 Тор.На рис. 58 в качестве примера приведена мгновенная (времяэкспозициисверхзвуковогоtэксп = 20 мс)горенияфотографиявканале,145плазменно-стимулированногомоделирующемкамерусгоранияпрямоточноговоздушно-реактивногодвигателя.Барокамераоткрыта,давление окружающего воздуха равно атмосферному.
Длительность процессагорения = 2 с, секундные массовые расходы воздуха 105 г/с, пропана 4.9 г/с.Рис. 58. Плазменно-стимулированное горение в канале, моделирующем камеру сгоранияпрямоточного воздушно-реактивного двигателя. 1 =480 м/с, М1 = 1.8.Видно, что в процессе сверхзвукового сгорания пропан-воздушноготоплива внутри аэродинамического канала на выходе из него образуетсякороткий факел голубого цвета, продольные размеры которого непревышают 20-25 см.
Этот факт указывает, в том числе, на полное сгораниепропана внутри аэродинамического канала. Следует отметить тот факт, что вданных экспериментах при плазменно-стимулированном сверхзвуковомгорении пропан-воздушного топлива не образуется сажа. Об этомсвидетельствуют несколько фактов. Во-первых, в спектре, излучаемомпламенем, полностью отсутствуют полосы Свана молекулярного углерода.Во-вторых, в большинстве реализаций сверхзвукового горения пропанавнутри канала и на выходе из него наблюдается пламя голубого цвета. Втретьих, внутри аэродинамического канала, на внутренних поверхностяхбарокамеры, на диагностических датчиках, на подводящих проводах, насветоводах и линзах, на элементах крепления, помещенного внутри камерыоборудования, не наблюдается сажи, даже после нескольких сотенреализаций плазменно-стимулированного горения.146На рис.
59 представлена фотография, снятая в большем масштабе,общего вида выходной области аэродинамического канала при плазменностимулированном сверхзвуковом горении в нем пропан-воздушного топлива.Время экспозиции кадра tэксп = 20 мс.Рис. 59. Общий вид выходной области аэродинамического канала при плазменностимулированном горении пропан-воздушного топлива. tэксп = 20 мс. М1 = 1.8.В спектре, излучаемом пламенем на выходе из канала, наблюдаются восновном полоса (0;0) радикала CH с длиной волны канта 431.5 нм. Горениевоздушно-углеводородного топлива в длинном канале (L = 50 см) резкоотличается от плазменно-стимулированного горения в коротком каналедлиной L = 10 см (смотри рис.
13 и рис. 59). Такой короткий факел голубогопламени при сверхзвуковом плазменно-стимулированном горении пропана вдлинном канале указывает на тот факт, что топливо полностью сгораетвнутри канала, при этом не образуется сажа.§ 5.2. Параметры плазмы электродного разряда, создаваемого ввысокоскоростном воздушном и пропан-воздушном потоках внутриаэродинамического каналаОбщий вид пульсирующего канального разряда в сверхзвуковомвоздушном и пропан-воздушном потоках регистрировался с помощью147цифровой видеокамеры.
Длительность пуска сверхзвукового М1 = 1.8 потокавоздуха равняется 3 с, длительность разряда постоянного тока РПТ= 2.2 с,задержка включения разряда постоянного тока относительно моментасоздания потока tзад = 0.4 с, длительность инжекции пропана пропан = 2.0 с,задержка момента включения инжекции пропана в поток относительномомента создания потока tзад = 0.6 с, секундные массовые расходы воздуха105 г/с, пропана 4.9 г/с. Режим работы видеокамеры: частота повторениякадров 30 кГц, время экспозиции одного кадра tэксп = 4 мкс. Следуетотметить,чтотакжекакиэлектродныйразряд,создаваемыйввысокоскоростном потоке на поверхности диэлектрической пластины(смотри рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
