Диссертация (1102387), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Параметры источника позволяют создаватьэлектродный разряд постоянного тока в сверхзвуковом потоке приподводимой мощности до 10 кВт.СВЧ-разряд использовался для предварительного создания плазмы ибыстрого воспламенения тонких углеводородных пленок.
Электродныйразряд постоянного тока создавался вблизи верхней поверхности кварцевойантенны и служил для вклада основной энергии в область горения с цельюего стабилизации и увеличения полноты сгорания жидкого углеводорода.ВводСВЧ-излученияввакуумнуюкамеруосуществлялсячерезгерметизированный блок, расположенный на одном из иллюминаторов. СВЧэнергия с помощью волновода подводилась к диэлектрической антенне,выполненной из кварца. Антенна представляла собой диэлектрическийстержень прямоугольного сечения размером 9х18 мм и длинной 11 см склинообразной торцевой частью.
Угол при вертикали клина составляет 250.Она устанавливалась по оси симметрии сверхзвукового сопла.Сверхзвуковой поток создается при заполнении барокамеры воздухомчерез специально профилированное сопло Лаваля, установленное навыходнойтрубкесверхзвуковогоэлектромеханическогопотокабылоклапана.противоположноНаправлениераспространениюповерхностного СВЧ разряда (смотри рис. 2). В этой конфигурации разрядпостоянного тока, возникая между электродами, сносился вниз по потоку изамыкалсяназаземленныйметаллическийволновод,подводящиймикроволновую энергию к кварцевой антенне.
После этого разряд переходилвформупоперечно-продольногоразрядаисуществовалмеждувысоковольтным электродом и заземленным волноводом. В воздушном44потоке конец разрядного канала, касающийся металлического волновода,начинал скользить по волноводу.1СВЧ- +5243Рис. 2. Схема подачи высокоскоростного потока воздуха, СВЧ-мощности и постоянногонапряжения на электроды, применяемая при изучении внешнего горения жидкихуглеводородных топлив в условиях комбинированного СВЧ-разряда, создаваемого ввысокоскоростном воздушном потоке. 1 – металлический волновод, 2 – кварцеваяантенна, 3 – поверхностный СВЧ-разряд, 4 – высокоскоростной поток воздуха, 5 –электроды для создания разряда постоянного тока.Длина канала увеличивалась, падение напряжения на нем росло до техпор, пока источник питания мог обеспечить напряжение, необходимое дляподдержания растущего канала.
При достижении определенной длиныразряд прекращался. При этом происходил новый пробой газа пократчайшемурасстояниювысоковольтнымэлектродомилиимеждуэлектродами,заземленнымиливолноводом.междуПроцессповторялся периодически с частотой повторения 1-5 кГц в зависимости отвнешних условий, т.е. данный разряд представлял собой нестационарныйпульсирующий разряд. Эволюция продольно-поперечного электродногоразряда в дозвуковом потоке воздуха представлена на рис.
3.Для предотвращения замыкания разрядного канала на заземленныйволновод, была изменена конфигурация создания комбинированного разряда(смотри рис. 4). При этом микроволновая энергия и высокоскоростнойвоздушныйпотокраспространялисьводномнаправлении.Разрядпостоянного тока создавался на тефлоновой пластине, в которую заподлицо сее поверхностью были вставлены два электрода. В эту же пластинумонтировалась кварцевая антенна, так, что ее поверхность располагалась наодном уровне с поверхностью пластины, а ее передний торец располагался нарасстоянии приблизительно 0.5 см от электродов.
Это было сделано для того,45чтобы не происходил пробой между высоковольтным электродом изаземленным волноводом через плазму поверхностного СВЧ-разряда.Воздушный потокРис. 3. Эволюция продольно-поперечного электродного разряда в дозвуковом потокевоздуха. Частота съемки f = 20 кГц. Воздушный поток распространяется справа налево.46СВЧВП1234СВЧРис. 4. Схема расположения электродов, служащих для создания разряда постоянноготока, на поверхности диэлектрической пластины. 1 – металлический волновод,подводящий СВЧ энергию к кварцевой антенне; 2 – кварцевая антенна, на которойсоздается поверхностный СВЧ разряд; 3 – пластина из тефлона; 4 – электроды длясоздания разряда постоянного тока.
Микроволновая энергия (СВЧ) и воздушный поток(ВП) распространяются слева направо.Блок-схема модернизированной установки представлена на рис. 5. Вэкспериментах измерения проводились с использованием прямоугольногосопла, рассчитанного для потока с числом Маха M = 2. Электромеханическийклапан (14) установлен на фланце иллюминатора камеры, при этомподводящий воздуховод (15), сопло Лаваля (17) и прямоугольныйаэродинамический канал (18) располагались так, чтобы сверхзвуковой потокбыл направлен вдоль оси цилиндрической камеры под углом 150 к плоскостипластины.
Это связано с тем, что из-за технических особенностей отдельныхузлов установки не представлялось возможным полностью совместитьнаправленияраспространенияСВЧэнергииивысокоскоростноговоздушного потока. Для юстировки аэродинамического канала быларазработана и изготовлена специальная система крепления. Разработаннаясистема позволяет жестко фиксировать аэродинамический канал в заданномместе вакуумной камеры.
Два электромеханических клапана, закрепленныена внешней поверхности камеры, герметически соединяют канал с ресиверомвысокого давления (р1 = 16 атм) воздуха и ресивером высокого давления47(р2 = 36.5 атм) пропана. При открытии электромеханических клапановвоздух (или воздух совместно с пропаном) через смеситель и переходнуюкамеру поступает на вход сопла Лаваля, где формируется сверхзвуковойпоток воздуха (или пропан-воздушной смеси) с числом Маха М = 2.43321222324R2526131415918192027161762812112295101303473531364584441403233423738394Рис.
5. Блок-схема модернизированной экспериментальной установки: 1 – вакуумнаякамера, 2 – магнетрон, 3, 4 – система синхронизации, 5 – металлический волновод, 6 –направленный ответвитель, 7 – кристаллический детектор, 8 – импульсный вольтметр, 9 –нагрузка, 10 – диэлектрическая антенна, 11 – электроды для создания разряда постоянноготока, 12 – программированный СВЧ разряд, 13 – ресивер высокого давления воздуха, 14 –электромеханический клапан, 15 – подводящий шланг, 16 – сопло Лаваля, 17 –прямоугольный аэродинамический канал, 18 – датчик давления, 19 – термопара, 20 –инжектор, 21, 22 – усилители, 23 – блок питания инжектора, 24 – источник питаниядвойного зонда, R – измерительное сопротивление, 25 – цифровой осциллограф, 26 –усилитель сигнала от термопары, 27 – двойной зонд, 28 – термопара, 29 – насадок дляизмерения статического давления и давления торможения, 30, 31 – датчики давления, 32 –цифровой многоканальный спектрограф, 33 – монохроматор, 34,35, 36 – световоды, 37 –фотоэлектронный умножитель, 38, 39 – усилители, 40 - видео и фото цифровые камеры, 41– импульсная теневая установка, 42, 43 – компьютеры, 44 – вакуумные насосы, 45 –вентиль.Для синхронизации работы электромеханического затвора и разрядаиспользуется специальная схема, обеспечивающая временную задержкумежду включением разряда и открытием клапана (смотри рис.
6). Открытиеэлектромеханического клапана осуществлялось с помощью импульсного48блока питания, работа которого синхронизировалась с блоком питаниямагнетрона. В условиях экспериментов электромеханический клапан моготкрываться на 0.33 секунды. В течение этого же времени создавалсяисследуемый разряд. Система синхронизации позволяет вводить воздух,жидкое углеводородное топливо, пропан или пропан-воздушную смесь ваэродинамический канал с фиксированными задержками по отношению другк другу.
Разработанная система синхронизации также позволяет создаватьповерхностный СВЧ разряд в режиме одиночного импульса, в импульснопериодическом режиме или в программированном режиме. При этомвозможно изменять в широком диапазоне длительности импульсов, частотуих следования, число импульсов в пачке.СинхроимпульсПотоквоздухаСВЧРПТСпиртПропан00.51.51.02.0 t, сРис. 6. Эпюры напряжений, демонстрирующие режим работы схемы синхронизации.Блок-схема системы инжекции жидкого углеводородного топлива ввысокоскоростной воздушный поток представлена на рис. 7. Система состоитизметаллическогоцилиндрическогобаллона,заполненногожидкимуглеводородным топливом.
Баллон соединен через герметически впаянную вверхнюю крышку металлическую трубку и гибкий шланг с инжектором.Металлическая трубка была герметически впаяна в один из иллюминаторов49разрядной камеры. Это позволяло в целях безопасности проводитьэксперименты с вынесенным за пределы разрядной камеры запасомуглеводородного топлива.465327111281109Рис. 7.
Блок-схема системы инжекции жидких углеводородов в капельной фазе ввысокоскоростной воздушный поток. 1 – металлический сосуд; 2 – металлическая трубка;3 – гибкий шланг; 4 – инжектор; 5 – система синхронизации; 6 – блок питания; 7 –манометр; 8 – запорный клапан; 9 – жидкий углеводород; 10 – воздушный насос; 11 –гибкий шланг; 12 – клапан.Секундный расход горючего контролировался по давлению в баллоне,измеряемому манометром, соединенным с баллоном через запорный клапан,идлительностиработысистемыинжекции,определяемойсхемойсинхронизации. Данная схема позволяла инжектировать в капельной фазежидкое топливо в аэродинамический канал с заранее установленнойфиксированной временной задержкой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
