Взаимодействие плазмы продольно - поперечного и плазмодинамического разрядов со сверхзвуковым воздушно–пропановым потоком (1102473), страница 4
Текст из файла (страница 4)
На основании сигналов, усредненныхпо времени T=0,2 c были получены стандартные отклонения. При добавлении пропана впоток обнаружен рост стандартного отклонения статического давления в δst=1.5 раз иполного давления в δf =22,9 для стандартной схемы инжекции, рассмотренной во второйглаве. Измерения проводились без включения разряда, что позволило сделать вывод обинтенсификации возмущений, связанных непосредственно с инжекцией пропана.Усиление неустойчивостей потока в условиях его неоднородности приводит квозрастающим осцилляциям относительной молярной концентрации пропана, воздуха и,как следствие, к изменению пробойных свойств в области электродов.Изучение данных скоростной видеосъемки показало, что при инжекции пропанакачественно сохраняются все нестационарные свойства разряда в воздушном потоке:существование двух фаз разряда и двух путей вторичного пробоя.
При этом былозафиксированоновоесвойство,связанноеснеоднородностьюсоставапотока.Обнаружено, что путь вторичного пробоя не соответствует минимальному пути междучастью разрядного канала - предшественника и катодом как в случае воздушного течения.Вместо этого вторичный пробой реализуется по криволинейной трехмерной траектории(рис. 8). Был выполнен анализ кадров видеосъемки при помощи алгоритма, идентичноготому, что рассмотрен в Главе 3.
Было проведено суммирование яркости всех пикселей для1каждого кадра из анализируемого окна и определена величина I I min 2 .NСтруктура этого соотношения соответствует структуре стандартного отклонения, в18котором вместо среднего значения интенсивности взято его минимальное значение Imin.Величина может быть выбрана в качестве меры существования плазменного канала впервой фазе, для которой интенсивность свечения в анализируемой области выше.Зависимость от среднего тока разряда представлена на рис.
9. Величина представлена в относительных единицах.Рис. 8. Вторичный пробой. Два последовательных кадра скоростной видеосъемки,выполненные с экспозицией 20 мкс. Вторичный пробой с переходом в фазу - II.Овалом обозначена сохраняющаяся часть плазменного канала - предшественника.Зависимость, представленная на рисунке, позволяет сделать вывод о том, что ростразрядного тока приводит к повышению времени пребывания разряда в первой фазе.Заметим, что данная тенденция была изложена в Главе 3. Таким образом, данный эффектне связан с неоднородностью состава потока, а является следствием нагрева и торможенияпотока, натекающего на область разряда. При помощи методики, идентичной той, чтоизложена в Главе 3 была обнаружена тенденция роста температуры в следе за разрядом.Графическая зависимость, соответствующая данным измерениям представлена на рис.
10.Полученные результаты позволяют подтвердить вывод, сделанный ранее, а именноусиление гидродинамического сопротивления разряда при увеличении среднего тока. Припомощи трубки Пито было зафиксировано дозвуковое течения в области термопары, чтопозволяет не учитывать при расчетах влияние косых скачков на измерение температуры.Для определения влияния нестационарных свойств разряда на перемешиваниенатекающего потока топливно-воздушной смеси был использован алгоритм RS анализасигнала статического давления трубки Пито. Для минимизации влияния плазменныхреакций трубка Пито была расположена в конце первой секции канала, перед разряднойобластью.19Рис.
9. Зависимость меры присутствия разряда в фазе – I от среднего тока разряда.Рис. 10. Зависимость меры присутствия разряда в фазе – Iот среднего тока разряда.Обработкасигналовстатическогодавленияпозволилаполучитьрядзначенийметрической энтропии от токовых режимов (рис. 11).На приведенной зависимости максимальный ток выделен треугольником. Отметим,что для режима максимального тока не выполняется условие линейности флуктуаций,поэтому соответствие между пространственными и временными масштабами не может20быть выполнено. Для первых трех токовых режимов зафиксировано усилениеперемешивания натекающей смеси при росте разрядного тока. Рассмотрим болееподробно режим максимального тока. Сигнал датчика давления, соответствующий емуприведен на рис.12.Рис.
11. Зависимость приведенной частичной энтропии от среднего тока разряда.Треугольник – режим, соответствующий максимальному току.В качестве масштаба выбрана энтропия невозмущенного разрядом потока.Римскими цифрами на рисунке отмечены стадии возмущения давления, где I – область,соответствующая неподвижному воздуху, II – область невозмущенного разрядом течении,III – область линейного возмущения плазмой, IV – область сильного возмущении.Существование последней области определяется началом экзотермических реакций,индуцированных плазмой (плазменное воспламенение).
Время существования каждой изстадий соответствует TII=0.1 с, TIII=0.2 с, TIV=0.65 с. Отметим, что величина обратнаявременисуществованиякаждойизстадийменьшемаксимальнойчастотымакроскопических пульсаций. При этом на основании рис. 11 можно сделать вывод овлиянии разряда, существующего в режиме максимального тока на свойства натекающегопотока. Как показывает закономерность, представленная на данном рисунке, числоэлементарных масштабов возмущений (степеней свободы) сокращается, т.е. потокпоступающей в область разряда воздушно – пропановой смеси приближается кламинарному состоянию - стабилизируется.При этом частичная энтропия падает дозначения ΔS/S0=10.55.
меньшего значения ΔS/S0=22.56, соответствующего минимальномуразрядному току I=5.44 А.21Рис. 12. Сигнал датчика статического давления трубки Пито – Прандтля,расположенной в конце первой секции канала. Средний ток I=15.6 А.Для создания условий, являющихся более нестабильными с точки зренияплазменного воспламенения, разрядный узел был помещен в первую секцию канала.Изменения продольной координаты электродов позволило усилить влияние обратноготечения, дестабилизирующего поток и неоднородности состава смеси. В середине верхнейстенки разрядной камеры было измерено статическое давление. Пример сигнала давленияпредставлен на рис.
13. Рассчитано отношение K совокупного времени стадиивоспламенения II к длительности разряда. Данная величина может быть интерпретированакак стабильность воспламенения.Рис.13. Сигнал датчика статического давления датчика, расположенногов середине верхней стенки разрядной секции. II – плазменное воспламенение,I – режим нормального взаимодействия разряда с потоком.22Рис.14. Зависимость коэффициента стабильности плазменноговоспламенения от среднего разрядного тока.Зависимость стабильности от разрядного тока представлено на рис.14. Диаграммаиллюстрирует наличие двух предельных режимов, в области между которымизафиксирован рост стабильности плазменного воспламенения от среднего тока разряда.В пятой главе диссертации приведены результаты исследования взаимодействияплазмы импульсного эрозионного плазмотрона с натекающим воздушно – пропановымпотоком в экспериментальном канале типа ЭУ2.
Схема конструкции и питанияплазматрона, представлена на рис. 15. Напряжение источника питания составляло 3,5 кВ,емкость накопительного конденсатора (С) была 50 µФ. Квазипериод разрядного токаплазмотрона, определенный при помощи пояса Роговского составлял T=50 мкс приполном времени выделения энергии θ=100 мкс. Схема размещения плазмотрона в каналепредставлена на рис. 15 б.
Плазменная струя, созданная плазмотроном, распространяласьнавстречу потоку. Угол между осью симметрии плазматрона и направлением потокомсоставлял 30°. Интегральные фотографии распространения плазменной струи в первойсекцииканала,полученныесразличнойэкспозицией,позволилиопределитьдинамические параметры области свечения плазмы (рис. 16 а). Предполагается, чтопространственный профиль концентрации возбужденных частиц остается неизменным.Свечение плазменной струи достигало верхней стенки первой секции канала через≈100 мкс после начала разряда, после чего начиналось торможение и активноевзаимодействие плазмы с потоком.23а)б)Рис.
15. а) Электрическая схема разряда. 1 –анод, 2 – диэлектрик, 3 – медная шайба, 4 –катод, 5 – источник питания (ИП) постоянного тока, 6 – разрядник. б) Схема размещенияразряда в потоке. 1 –плазматрон, 2 – ось симметрии, 3 – зона циркуляции, 4 – ступень.Размеры указаны в миллиметрах.а)б)Рис.16. а) Фотография плазменной струи в первой секции канала, выполненная сэкспозицией 45 мкс. б) Зависимость скорости передней границы плазмы (сплошная линия)и максимальной ширины плазмы (треугольники от времени).Анализ интегральных фотографий позволил построить зависимость проекциискорости передней границы плазмы на ось плазматрона от времени (рис. 16 а, сплошнаялиния).
Максимальная скорость оказывается равной V=3,1 км/с и соответствует времениt=20 мкс. Скорость боковой границы достигает при этом V=5 км/c и имеет максимум в тотже момент времени.Показанные на рисунке 16 б экспериментальные точки, обозначенные кактреугольники, соответствуют максимальной ширине плазмы. Как видно из диаграммыпроцесс расширения завершается в момент времени t=30 мкс, после чего начинаетсякомпрессия плазменного формирования потоком и его дальнейший конвективный снос.24На рис. 17 показаны сигналы с датчиков давления при импульсном разряде в пропан –воздушной смеси. В этом случае регистрируются сигналы давления, связанные сраспространением плазменного образования (I и II).
В определенный момент временидатчики регистрируют резкое возрастание давления в канале. При этом импульсповышенного давления распространяется как по потоку (положительное направление), таки против потока (отрицательное направление, прямая III на рис. 17-б).а)б)Рис. 17. Сигналы с датчиков давления при импульсном разряде в потоке топливной смеси,а - в панорамном, б - в подробном временных масштабах. Плазматрон расположен вобласти датчика № 15, датчики с номерами меньше 15 расположены против потока,а с номерами больше 15 – по потоку.Резкое возрастание давления можно связать с повышением температуры в каналепри инициации экзотермических реакций на границе плазмы, т.е. плазменноговоспламенения.На рис. 18 а, приведен временной ход сигналов датчиков давления, установленныхв различных секциях канала в середине верхней стенки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
