Диссертация (1102387), страница 24

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

Текст из файла (страница 24)

3), электродный разряд, создаваемый внутри аэродинамическогоканала, является, по существу, нестационарным пульсирующим разрядом.Рис. 60. Мгновенные фотографии пульсирующего электродного разряда в сверхзвуковомМ1 = 1.8 потоке воздуха (слева) и пропан-воздушной смеси.

Поток направлен сверху вниз.Время экспозиции 4 мкс. Структура на левом снимке связана с растром видеокамеры.На рис. 60 представлены мгновенные фотографии пульсирующегоэлектродного разряда в сверхзвуковом потоке воздуха (слева) и пропанвоздушной смеси. Видно, что поперечные размеры канальной плазмы сильнозависят от состава сверхзвукового потока. Если в воздушном потоке разрядпредставляет собой тонкий плазменный канал с поперечным сечениемd = 0.5-1 мм, то в случае создания разряда в сверхзвуковом пропан148воздушном потоке поперечные размеры канальной плазмы резко возрастаютприблизительно до d = 10 мм, что связано с плазменно-стимулированномвоспламенением топлива.Среднюю по пространству величину концентрации электронов вканальной плазме пульсирующего электродного разряда в сверхзвуковыхвоздушных и пропан-воздушных потоках можно оценить по формулеi  enedrS ,(5.1)где i  средняя во времени величина разрядного тока , e  заряд электрона,ne  средняя по поперечному сечению пульсирующего плазменного каналаконцентрация электронов, dr  e E – дрейфовая скорость электронов ввоздухе,e  подвижность электронов в воздухе,E  U / L напряженность электрического поля в плазме канального разряда (дляоценки будем полагать, что величина поля постоянна вдоль пульсирующегоU – средняя величина падения напряжения наплазменного канала),разрядном промежутке, L  средняя длина плазменного канала и S  средняяплощадь поперечного сечения плазменного канала определялись по даннымвидеофильма, снятым с микросекундным временным разрешением (смотри,например, рис.

60).В экспериментальных условиях длина пульсирующего плазменногоканала изменялась от 1 см до 20 см, диаметр плазменного канала всверхзвуковомпотокевоздухаизменялсявпределахd = 0.5-1 мм,соответственно площадь его поперечного сечения S = 2-8·10-7 м2, диаметрплазменного канала в сверхзвуковом пропан-воздушном потоке равнялсяприблизительно 10 мм, соответственно площадь его поперечного сеченияS = 8·10-5 м2. Напряжение на разрядном промежутке изменялось во времениот 200 до 1000 В, поэтому средняя величина падения напряжения наразрядном промежуткеU = 600 В.149При этом средняя электронная концентрация ne в плазме электродногоканального разряда в сверхзвуковом воздушном потоке оцениваетсявеличиной 1015-1016 см-3, тогда как в сверхзвуковом пропан-воздушномпотоке концентрация электронов в электродном разряде не превышаетвеличины 1013-1014 см-3.4000CNI, отн.ед.CNHH2000Cu0300400500600, нмO700800Рис.

61. Спектр излучения плазмы, зафиксированный при создании разряда ваэродинамическом канале в пропан-воздушном потоке М1 = 1.8 на расстоянии z = 1 см отэлектродов.Концентрации электронов в плазме канального разряда измерялась поштарковскомууширениюспектральныхлинийбальмеровскойсерииводорода.

Для этого производилась регистрация спектра излучения плазмы ипламени на различных расстояниях от электродов. На рис. 61 представленобзорный спектр излучения плазмы разряда, зафиксированный на расстоянииz = 1 см от кончиков электродов. Время экспозиции на спектрографе быловыбрано таким, чтобы зафиксировать достаточно слабые по сравнению смолекулярными полосами CN линии водорода, меди и кислорода. Поэтомуспектр циана на рис.

61 сильно перегружен. Из рисунка следует, что вблизиэлектродов наряду с полосами CN и линиями H, O и Cu в спектренаблюдается достаточно сильный сплошной континуум, что свидетельствует150о высоком значении концентрации электронов в канальной плазмеэлектродного разряда в сверхзвуковом потоке воздуха.На рис. 62 приведены контура спектральных линий H и Hбальмеровской серии водорода, зарегистрированные на расстоянии z = 1 смот кончиков электродов. Полуширина аппаратной функции спектрографаAvaSpec-2048-2-DT в видимом диапазоне спектра 350-800 нм с учетомуширяющих факторов в плазме, например, доплеровского уширения, равна = 0.5 нм.

Зарегистрированная полуширина спектральной линии H = 1.6 нм. Учет аппаратной функции дает полуширину линии, связанную сэффектомШтарка,H = 1.1 нм.Зафиксированнаяполуширинаспектральной линии H  = 0.69 нм. В этом случае H = 0.19 нм.30008000I, отн.ед.I, отн.ед.600020001000400020000484485486487, нм4884890654655656657, нм658659Рис. 62. Контура спектральной линии H (слева) и H (справа) бальмеровской серииводорода, зарегистрированные на расстоянии z = 1 см от кончиков электродов.Концентрация электронов, определенная по графику зависимости ne отполуширины спектральных линий H и H (смотри рис.

32) равнаne = 1.4·1016 см-3.Полученнаяспектральнымметодомконцентрацияэлектронов хорошо согласуется со средней величиной ne = 1015-1016 см-3,определенной по величине разрядного тока в плазме электродногоканального разряда в сверхзвуковом воздушном потоке.151600I, отн.ед.CNN2+400CNCN2000340360380400420440, нмРис. 63. Спектр излучения плазмы, зафиксированный при создании разряда ваэродинамическом канале в воздушном потоке на расстоянии z = 1 см от электродов.М1 = 1.8.На рис. 63 представлен в диапазоне длин волн 340-440 нм спектризлучения плазмы разряда в аэродинамическом канале в воздушном потокена расстоянии z = 1 см от электродов. Видно, что наряду с молекулярнымиполосами циана наблюдается интенсивное свечение полосы (0;0) с длинойволны канта  = 391.5 нм первой отрицательной системы молекулярногоиона азота.

Следует отметить тот факт, что полосы второй положительнойсистемы азота в спектре излучения разряда не наблюдаются, хотя пороговаяэнергия их возбуждения порядка 11 эВ меньше энергии возбуждения~18.7 эВ полосы с длиной волны канта  = 391.5 нм из основного состоянияX 1g молекулы азота. Пороговая энергия возбуждения полосы (0;0) сдлинойволныканта = 391.5 нмизосновногосостояния X 2gмолекулярного иона азота ~3.2 эВ.

Высвечивание полосы (0;0) первойотрицательной системы молекулярного иона азота подтверждает высокоезначениеконцентрацииэлектронов,определенноепоштарковскомууширению спектральных линий и по величине разрядного тока.152При плазменно-стимулированном горении высокоскоростного М1 = 1.8потока пропан-воздушного топлива спектр излучения пламени резкоизменяется. На рис. 64. приведен в диапазоне длин волн 350-450 нм спектризлучения пламени, зафиксированный при плазменно-стимулированномгорении пропан-воздушного топлива в аэродинамическом канале нарасстоянии z = 30 см от электродов.

Видно, что в этом случае резкоуменьшается интенсивность свечения полос циана, а доминирующимявляется излучение молекулярного возбужденного радикала CH* (переходAX, полоса (0;0), длина волны канта  = 431.5 нм).I, отн.ед.30002000CNCH10000350370390410, нм430450Рис. 64. Спектр излучения пламени, зафиксированный при плазменно-стимулированномгорении пропан-воздушного топлива в аэродинамическом канале на расстоянии z = 30 смот электродов.

М1 = 1.8.Вэкспериментахбылиполученызависимостиинтенсивностейсвечения полос CN и CH от продольной координаты z. Для этогорегистрировалисьспектрыизлученияизразличныхобластейаэродинамического канала. Условия эксперимента; длительность пускасверхзвукового потока воздуха равняется 3 с, длительность разрядапостоянного тока РПТ= 2 с, задержка включения разряда постоянного токаотносительно момента создания потока tзад = 0.4 с, длительность инжекциипропана пропан = 2 с, задержка момента включения инжекции пропана в поток153относительно момента создания потока tзад = 0.4 с, секундные массовыерасходы воздуха 105 г/с, пропана 4.9 г/с.Спектрырегистрировалисьизобластисуществованиянизкотемпературной газоразрядной плазмы, а также из области горенияпропан-воздушного топлива вне области существования разряда и из областисуществования факела на выходе пламени из аэродинамического канала всвободноепространство.Нарис.

65представленазависимостьинтенсивности свечения полос циана от продольной координаты. Видно, чтов области существования разряда в сверхзвуковом пропан-воздушном потоке(z ~ 5 см) интенсивность свечения CN на три порядка величины превышаетинтенсивность свечения циана из областей аэродинамического канала, гдегорение происходит вне существования электрических полей (z = 10- 45 см).610ICN, отн.ед.5104103102100102030z, см4050Рис.

65. Зависимость интенсивности свечения полос циана от продольной координаты.Нарис. 66представленазависимостьинтенсивностисвечениямолекулярного возбужденного радикала CH* (переход AX, полоса (0;0),длина волны канта  = 431.5 нм) от продольной координаты. Видно, что вотличие от свечения циана интенсивность свечения CH в областисуществования газоразрядной плазмы на один-два порядка величины меньше154по сравнению с интенсивностью свечением из областей аэродинамическогоканала, где горение происходит вне существования электрических полей.4ICH, отн.ед.1031021001020304050z, смРис.

66. Зависимость интенсивности свечения радикала CH* от продольной координаты.Изменение условия сверхзвукового сгорания пропан-воздушноготоплива особенно отчетливо проявляется на рис. 67, где представленазависимость отношения интенсивностей свечения полос CH и CN отпродольной координаты. Из рис. 67 видно, что в области разряда основноеизлучение определяется цианом, а вне разряда радикалом CH.110ICH/ICN010-110-2100102030z, см4050Рис.

67. Зависимость отношения интенсивностей свечения CH и CN от продольнойкоординаты.155§ 5.3. Параметры сверхзвукового горения пропан-воздушного топливавнутри аэродинамического каналаБылипроведеныисследованияпоопределениювозможностиприменения разрабатываемой технологии для сверхзвукового сжигания ваэродинамическом канале бедных по отношению к пропану воздушноуглеводородных топлив.50FТ, Н4030201000,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1C H38Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации