Кинетика неравновесного воспламенения газовых смесей под воздействием лазерного флэш-фотолиза и наносекундного разряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

Кпслроп И чья Никочаович

Кишчим мераннонесиого воспламенении газовых смесей под воздействием лазерного флэш-фотолиза и нанос скундпого разряда

01 04 08 (физика плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

003449138

Долгопрудный - 2008

003449138

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении m.Hiwio iipocji« сионального обраювания "Московский физико-юхмчмесKiift ипспп>т (государственный университет)"

На\ЧИЫИ РУКОВОДИТ ОЛЬ

д (|i -м и нроф С г,фиков< кая Светпана Михайловна

Ha\4in.iii 1 out\ чыант д <!> -м п Стариковский \ндрей Юрьевич

Официальные оппоненты д ф -м н Фролов Сергей Михайлович к ф -м и Шаталов Олег Петрович

13е,,\ щая о;чош' шшя Гос .ддрегпепиый ааучный Центр Рсн critic ко>1 '1ч Д01ЫЦ1ГП Троицкий институт инновационных И ТСрМОЯДСрНЫХ I" еле п,овиШгГ<

Зшц па. еогтомп 23 октября 2003 г в 14 00

ьа >аееданпи дисссргдционного совета Д 21H5GG3 при МссьовсЮ'Л физик(1--,схни"се<<им nrienivyie по адресу 14171)0 ' Дот-онрудньш, IIнетt>rj itKiiii пер д 0

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института

Автореферат разослан 22 сентября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

С последние чсслппетия наблюдается с\щсствснный интерес к исследованию воспчамепения горючих смесей низкотемпературной пчазмой, что, по-видимо\л, стелет связывать как с развитием экспериментальной техники генерации коротких мощных нмгптьсов напряжения, так и с развитием диагностической техники Эффективность воспчамепения п]ш искусственном добавлении к смесь атомарного кпсчороча рассматривалась еще п монографии Н II Семенова [I], а первые попытки экспериментальной реализации чайной идеи следует относить к 30-м гочам XX пека [2] Резччьтаты экспррпчгентоп, проверенных п чсчовнях горения п быстрых газовых потоках (3 I], в газош.гх горечках лабораторного и поч\прохшшченного масштаба [о, С], в специально разработанных реакторах [7] и ударных тр\бах [8] демонстрируют принципиальную возможность воспчамепения горючей смеси с помощью неравновесной ппазмы, расширение об части параметров горения смеси и \мепынение времени задержки восгпаменения

В настоящее в]>емя хорошо известны разчнчные способы инициирования воспламенения и поддержания горения в газовой фазе Среди них можно выделить следующие прямое инжектирование тазмы дугового разряда постоянного тока [11], лазерно-индуцированпое воепчаменение [12, 13], искровое воепчамененпе [14] Несмотря на то, что цепной механизм горения достаточно Х0[>07П0 изучен, еще недостаточно ясен вопрос о пчиянии разчнчных кчассов частиц на задержку воспламенения при иск>сстпсшюм инициировании горения Например, широко обсуждается рои. заряженных [9] и эчектронно-возбужденных частиц [10] в кинетическом механизме воспламенения Кинетические модели воспламенения неравновесной ппазмой, основанные на детальном опнеанни газового разряда [15], кинетики разряда [16] и горения [1С, 17], требуют получения количественных экспериментальных данных, позвочяющих проводить тестирование каждого из предложенных механизмов

К настоящему времени известен ряд работ в об части применения высоковольтного наносекундного разряда для пчазхюхимических иссчедований В их числе — изучение воздействия наносекундных разрядов па возбуждение внутренних степеней свободы газа [18], а также исследования, связанные с изучением кинетики медленного окисления угчеводородов при комнатной температуре под действием высоковольтного наносекундного разряда при частоте повторения импучьсов в несколько десятков герц

В работах [19, 8, 20, 21] впервые начал изучаться высоковольтный наносекукдный разряд как способ однородного воспламенения горючих газовых смесей при высоких (около 1100 2200 К) начальных поступательных температурах Рассматривалось воспламенение метано-воздутных и водородо-воздушных смесей, разбавленных аргоном или гелием На основе проведенных расчетов и экспериментов бича показана высокая эффективность высоковольтного наносекундного разряда,

\

позволлющего существенно сократить времена индукции постаменения Бито показано, что п])!! увеличении пчотности газа эффективность птазмохимического воздействия разряда заметно снижается Была иссчедована пространственная оцюрочность высоковочьтного наносекундного разряда и ое зависимость от чавлспня воспчамеияющейся горючей смсси

Дашгал работа претстапляет собой экспериментальное и теоретическое исследование постаменеиия горючих смесей под действием импу чьсного ианосеку и тмого разрл ча и нмпу пьсного пазерного из 1} чения за фронтом отраженной воин,! п \ чдрной трубе Провочнпнп» эксперименты по постамененпю смесей юмовдшчв кого ряда упсвоюроюв от С11| до С,Н|» с кис юродом поц действием высоково чьтного наносекундного разрлча Эксперименты по постамененпю смесей, союржащпх \.>0, с помощью чазрриого излучения бьгчн проверены с цепью акаппза ритн \ча( гпл возбужденных атомов кис юрода в процессе постаменеиия

Цель работы

Цепью настоящей работы япчяется исследование механизма сокращения времен ипт.\кцпн постаменеиия горючих смесей под воздействием плазмы высоковопьтного наносекундного разряда При этом бычи поставлены и решены следующие задачи

• Провести эксперименты по измерению времен задержки воспламенения стехпомстрнчсских смесей С„Н,>„(2 О^ Аг (Аг—90%) для н = 1 — Г> под тействнем высоковочьтного наиосекупдного разряда п широком диапазоне температур над порогом лоспчамспспия и сравнить резучьтаты с временами задержки автовоспчаменспия, полученными при тех же начальных термодинамических условиях

• По п\чить временные профили продольной составляющей напряженности эпсктрического потя и тока 1)азряда в экспериментах по плазмепно-стнму ифопаппому воста\генению

• Провести моделирование процесса воепчаменения с учетом воздействия на газ нмпучьсного разряда Определить кочичественно эффект воздействия ппазмы на воспламенение горючих смесей

• Сравнить времена задержки воспламенения, полученные экспериментально и члеченно Определить основные причины ускорения воспламенения при использовании высоковочьтного наносекундного разряда

• Экспериментально сравнить эффективность воздействия излучения АгГ-лазера и наносекундного высоковольтного разряда на ускорение воспламенения горючих смесей, содержащих N-¿0

• Построить кинетическую схему, позволяющую моделировать процессы химической кинетики в смесях, содержащих N¿0, О2 и Н2, слабо разбавленных

\г Провести кинетическое моделирование процесса воспламенения и сравнить рез) тьтаты с экспериментальными Выделить основные химические процессы, ответственные за ускорение посптаменеипя смеси

Научная новизна

1 Впервые измерены премена задержки постаменения стехнометрнческих смесей С„11;„, > О» Лг ( ^г- 90%) для» = 1— "> при высоких температурах под дНктшк'м нмт тиною выгомнши т нот |мпогекутпого рдфяда Проверено сравнение 1П<11ммшо г гиугу ифшшшот воспламенения с автовогтамсненисм при очинлкоиыч начли,них гррмо^инамкчрскнх уповиях и контротируемом зпсрговктадс иг разряда в газ Экспериментально определен кочнчестпенный эффект во1др||Стты неравновесной птазмы на постамененпе горючих смесей Проверены щмершия параметров наносскуидного разряда, достаточные для чиспенного монтирования экспериментов по тазменно сгнму чированиому востамспсшио

2 Впервые предложен способ моделирования, описывающий воспламененне смесей предельных упеводородов гомоюгического ряда с кислородом под действием нмп} и.сного высоковольтного наносекундного разряда Па основании рсзуи.татов чисчепнмх расчетов показано, что сокращение времен задержки востаменения по сравнению с автовоспламенением при тазменно стимулированном воспламенении в области температур над порогом востаменения спязан с образованием атомов и радикалов Определяющими в эффекте ускорения воспламенения являются атомы кислорода, образовавшиеся при диссоциации эпектронным ударом на стадии разряда

3 Впервые проведены эксперименты по опреде тению и сравнению времен задержки автовоспламенения и воспламенения под действием иутутьса однородного лазерного (А 193 им) излучения в смесях, содержащих N¿0, 02 и Н^, слабо разбавленных Аг в одинаковых начальных термодинамических условиях Экспериментально получен кочичественный эффект }скорения востаменения под действием лазерного изтучения

4 Построена оригинальная кинетическая схема, позволяющая моде тировать процессы химической кинетики в смесях, содержащих N2О, Ог и Н5, слабо разбавпенных Аг Проведено кинетическое моделирование процесса автовоспламенения и воспламенения смеси под действием импульса несфокусированного лазерного излучения

5 Впервые проведено экспериментальное сравнение эффектов ускорения воспламенения в смесях, содержащих N.¡0, 02 и Н2, под действием импульса лазерного изчучения и под действием импульсного наносекундного разряда с одинаковыми удельпыми энерговкладами при одних и тех же начальных термодинамических условиях

Основные положения, выносимые на защиту

1 IV)\ ты,пи jKun>]>ii\ieiiгллыюго нссчетовашм прочен задержки воспламенения стр\1Н)мег)>11Ч1чм1\ смесеи C„H¿„4 j 0¡ Ar (A.r 90%) для и = 1 - 5 в чнапаюно томпор.тр or 1000 К чо 2200 К и давпелнй от Q2 до 1 атм пот (eile типом и\пп чьсиого паиогек\ iniioro разряда отрицательной полярности •уип стыки ti.то 10 ис и амгпнт\ iott 120 кВ

2 1>з\ И.Т.1ТП моченфования воептамепення стехнометрпческих смесей C„H¿„+¿ О \i ( \i 9H'/Í) нл и - I "> и \потшл\ проведенных экспериментов

3 кинетическая схема, применимая к моделированию слаборазбавлениых инертным 1,1 юм i мог ей, содержащих ().> и Н_>

I Реп 1МЛ1М жепернмептоп п расчетов по днтопостамепенпю и востамепению пот действием тип и.са однородного тазерпого (Л 103 им) изл}чепня смесей, содержащих NjO, О. п Н_.

¿ Рез\ и.тлты л>сперименталы1ого исследования времен задержки востаменения п смесях, содержащих N¿0/0>/II¿, п диапазоне температур от 900 К до 2000 К и дантеннй от 0,2 до 1,2 атм под действием однородного лазерного имп\ и.са изучения и пот, действием импульсного наносекундного разряда с одинаковыми удетьиычи эпергопктадамп

Практическая н научная ценность

Ос шшпал щ иноегь p.ifioi и закчючаспел, и перв} ю очередь, п установлении основной причины >скорешы воспчамспснпя г01>ючих смесей при помощи высоковольтного наносекундного разряда Почучспные п работе результаты могут быть испочьзованы широким кр\гом специалистов, занимающихся изучением воздействия тазмы на pcai ирующие системы Методы, развитые в диссертации, могут Сыть полезны

1 для дальнейшего развития экспериментов по птазменно-стимулированному постамепеишо,

2 дтя тестирования и построения ыодетей птазменно-стиму тированного восп таменеипя,

3 для дачьнеишего развития экспери\гентоп и построения моделей воспламенения горючих газовых смесей с помощью фоточнза одного из компонент,

'1 для разработки диагностики активных атомов и промежуточных компонент в период индукции воспламенения

Результаты данной работы могут способствовать развитию ряда приложений задачи стабичизацпи горения н воспламенения газовых смесей, а также при оценке эффективности МГД-генератороп п скоростных потоках частично ионизованных газоп

Апробация работы

Б ocnoivv диссертации почо/кены рабои.1, опубликованные n I статьям и 30 докладах (тезисах докладов) па\чпих конференций

Основ) мс результаты работы, п,окчадыпались диссертантом па С1ед\ющих конференциях The 2G-th International Symposium on Shock Waves (Goettingen 2007), I lie 51-st International Simposium on Combustion (Heidelberg 2000), The 1-st European Conieienus for Verospace Sciences (Москва 200j), The 0-th International Conference on MUD Encrgi Coniersioii (Москва 2005), G, 7-th International Workshops on Magnetoplisma Aeiodvnamics (Москва 2003, 2007), The 4-th International Simposium on rheoictir.il and Applied Plasma Chcmistii (Иваново 200j), конференция no физике нитремаи пм\ ихтолиий венучлва (Этьбрю, 200G), \\\[ Зпеттгоротекая К011(|)ерепция rm физике тдзмы и i пратлемот термоядерному синтезу ( Звенигород 200,")), МЛ III, \ü\, L П.нчные конференции МФГИ (До ironpy ишй 2005, 2000, 2007)

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из 8 пав Работа изчожена на 170 страницах текста, вкчючает G7 рисунков, IG табчнц Список читературы насчитывает 230 наименований

Содержание диссертации

Первая глава является введением в работу, где обоснована актуальность ди( (( р |ацнн, »формушроклпи ш шишмг ее цели и (адачи, охарактеризованы научная новизна и практическая ценность полученных резу штатов, кратко изчожено соде1>жание по главам

Вторая глава содержит обзор литературы по экспериментальным и теоретическим методам чередования горения и поджига горючих газовых смесей неравновесными способами

Третья глава посвящена описанию экспериментального оборудования и методам диагностики, используемым в работе

Описывается экспериментальная установка и методика измерений термодинамических параметров газа в ударной трубе Ударная труба широко используется для контролируемого получения высоких температур при исследовании физико-химических процессов в газе

В настоящей работе ударная труба использовалась для нагрева газа За фронтом отраженной ударной волны реализовывались необходимые для экспериментов термодинамические условия Общий вид экспериментальной установки представлен на Рис 1 Одномерная теория ударной трубы позволяет рассчитать плотность, температуру и давление газа за отраженной ударной волной по известным

О г

5 —

г г

о я - е>

о

_ г

s

so1«; ы я > J "с е

а л

¡з о

S в

0

1 S

о

= = I. » •= g

6 J

ó .g-

3 2

á ? ° «

Я 2 я

£ ¥

О

г о Л ? 5

t-з а

-3

2 = X ^ —

05 =

§ 1 =

è ? л —

Л -

J S

О S

• о и г* nos

г с\ -

£ = 's .

îj » ? t

а § >

to S ra

" I

5 1 ^ = -

Í - ? '

3 5 £ Л

S 4

■с ~

Ï _ = р

д о

= а ■<

z « у у

id —

S ч

=

л 5

3 s

f о

§ * 2 g i I H;

2 Ей.

ca

Ifíí

5

я

« ü ra

и

r -i

НГ § 3 rt * "* — ^ , й Ц '

•ë s

o

V '"J

j-9

H a

(5 в

э -с а ov

© 2 Ш S

c= 3

-3

я

повторитель сигнал с ФЭ\ подавался на осциллограф Tektronix TDS 3014В Пропускающая способность диагностического окна камеры предварительно проверяюсь в необходимом диапазоне длин волн и всегда превышала 90% В части экспериментов, для ботсс точного определения прихода войны горения в диагностическое сечение, на окно разрядной камеры устанавливалась вертикальная щеп. 1X ¿(I мм, а сама камера, нзготовченная из оргстекча, оптически изо тировалась от щечн мопохроматора Применение щечн на окне разрядной камеры и шторы оптического нзочиропання позпочило сократить погрешность в опредечении времени постамененил до о мкс

На Рш 2 представ юны осциччограммы, почучонныр системой микросекуидпой чплгтм гики noí пчямешчпы Это ( iiriMiu ( шчиргн чатчнкоп и сигнал, соответствующий интенсивности нзчученпя радикала СП на длине вочны 131 hxi В режичте автовостамепення изменение температуры газа со вреч!епем за фронтом отраженной >дарной вотаы, 7,(()> допочнитсчьно контрочировалось по ПК нзчученпю небочыной (1 %) добавки СО. Интенсивность нзчччения на члнне волны 12 мкм, прошедшего через интерференционный фнчьтр, сравнивалось с излучением специально подготовленной калибровочной смеси ArCO¿ 99 1 Бычо показано, что в условиях данных экспериментов ошибка, связанная с несовпадением температуры Т-, с рассчитанной по одномерной теории, не может превышать ¿3D К Осцил чограммы сигналов с шчирен датчиков на Рис 2 имеют пики, относящиеся к приходу падающей ударной вочны (почожнтельные выбросы на кривых 1 и 2), и пик, относящийся к прохождению отраженной вочны (отрицательный выброс на кривой 2) Кривая 2 сигнал с шчирен датчика, расположенного в измерительном сечении Время задержки автовоепчаменения т определячось как вреу)я между приходом отраженной ударной вочны в измерительное сечение и ростом сигнала, соответствующего интенсивности излучения При воспламенении смеси с помощью разряда высоковольтный импульс был синхронизован с тлирен сигналом отраженной волны и время задержки воспламенения определялось как время между сигналом от разряда и началом сигнала от излучения Время инициирования разряда можно легко определить по короткой мощной наводке на всех осциччограммах с изчгерительной аппаратуры микросекундного диапазона (nanpmtep, при I = 0 мкс на Рис 26) Как правичо, сипхропизация разряда с приходоу( ударной волны настраивалась так, что время между приходом волны в измерите чьпое сечение и инициированием разряда составлячо At 20 мкс Это делалось для того, чтобы отраженная ударная волна полностью проптча мимо окна, стоящего в диагностическом сечении, и часть разрядного промежутка, наблюдаемая нами оптически, была однородна по термодинамическим параметрам в момент инициирования разряда Измеряемые в эксперименте времена индукции автовоспламенения, как правило, существенно превышают выбранное значение At 20 мкс Это означает, что изменение состава смеси в течение времени At не является существенным Таким образом, этот промежуток времени не учитывался при измерении задержки воспламенения

Время, мкс Время, мкс

Рис. 2: Типичное' поведение сигналов с (1) (-) тлнреп датчиков, (3) фотоэлектронного умножителя и (1) ПК датчика н мпкросекундпом масштабе при (а) аптопоспламепенин (/-, 1ТТН К", /'-, = !)."> атм) и (Ь) воспламенении с разрядом (7\ = I 11)1) К, /'-, = ().") атм). Расстояние между тнлирен датчиками 220 мм. Амплитуда высоковольтного импульса и -115 кВ.

Четвертая глаиа посвящена описанию основных методик, использованных для моделирования кинетических процессов в экспериментах по автовоспламенению горючих газовых смесей и для моделирования воспламенения смесей под воздействием импульсного высоковольтного паносскундиого разряда и лазерного фотолиза.

В рассматриваемых условиях разряд развивается в паносекундном, а воспламенение в мпкросекундпом диапазоне времён. Поэтому временные профили концентраций частиц при моделировании плазмепно стимулированного горения рассчитывались отдел].но для разрядной фазы и для фазы воспламенения. Предполагалось, что влияние нераповссиой плазмы разряда сводится к образованию активных частиц, влияющих на время задержки воспламенения.

Описываются основные уравнения и принципы, используемые при вычислении функции распределения электронов но энергиям и частот столкповительных процессов электронов с нейтралами. Описываются прикладные пакеты для решения уравнения Вольцмаиа в двучленном приближении (ВОЬБЮ I [25]) и для решения систем уравнений химической кинетики (СНЕМЮИ).

Пятая глава посвящена описанию результатов экспериментов и численного моделирования воспламенения мотап-кнглородпой смеси. Сравниваются времена задержки плазменно-стнмулнроваиного воспламенения и автовоспламеиепия. Па основании численного моделирования делаются выводы о поведении концентраций компонент, скоростей основных реакций и температуры в период индукции и при воспламенении.

Экспериментально и численно исследовалась кинетика воспламенения

Рис 3 Бремена задержки восшаменения в смеси СН4 О, Аг 3 3 6 7 90 как ф*нкция от начальной темпсрат\ рм для

аптовоепчаменения и (/ //) воепчаменения с помощью разряда Закрашенные

снмвочы - ¡>ез\чьтаты из ме ре пп й, неза к рашенные снмвочы - резмьтаты расчетов Спчотные

пиши — аппроксимация экспериментальных данных Штриховые линии I' и IV и поч> закрашенные снмвочы — рез\чьтаты расчетов и аппроксимация при моделировании

аптовоспламепення для смеси в тех же условиях, что и серии 1 и II, соответственно

стехиометрической смеси СН4 02 (10 %), разбавленной Аг на 90 %, под действием высоковольтного напосекундного разряда В термодинамических условиях, почученных за фронтом отраженной ударной вочньг, производичись измерения времен задержки воспламенения при дополните 1ьном воздействии на газ разрядом и в его отсутствие Было показано, что при пчотности энергии разряда 10 30 мДж/см* время задержки воспламенения уменьшается на нескочько порядков вечичины по сравнению с автопосп чаменением Был разработан алгоритм и сопутствующий ему кинетический механизм, позвочякмций опредешть наработку активных частиц в разряде и послесвечении Как входные параметры, в расчете использовались экспериментально полученные временные профи чи тока и поля в разряде Полученные концентрации химически активных частиц служи чи входными параметрами для кинетического расчета химических процессов, проходящих при воспламенении горючей смеси Расчетные времена индукции хорошо совпадают с полученными экспериментально (см Рис 3) Анализ результатов расчетов показал, что влияние неравновесной плазмы на длительность периода индукции воспламенения преимущественно связано с более быстрым развитием цепных реакций бчагодаря присутствию атомов О и Н, полученных в результате диссоциации эчектронным ударом во время разряда

llaPm 4ли I'm |бдчя en член итошкпичнииы п ноги членения при помощи разряда чредстапчепы запнсимостн от времени огчоечтечьных концентраций чачатьныч компонент, прочу ктон горсти н основных атомов п радикалов, а также нромежхточнм\ гтабп1ыш\ мочекуч концентраты которых чостаточпо высока В период пп\\кции auroiioí iri.nn пгшы н мкг.ше атомоп и рачпкалон чоушнпрует СИ, Огноснтечьние концентрации lljO 1Ь и СО у вечичиваютея постепенно, тогча как концентрации О, 11 и ОН о< мютсл ча порядок меньше но премл кто периода пн\\кцнп воснчлуюиснил н %(ктчгают зчачнтечышх !.!■ тчнч точько неширок гпеппи по нреми нч<п-'имеиення В пучае птазмепно <тнмутированного шип.гаигшы избыток О ч II и начат перноча нпчукцин nix нчаметчмы иритинт к шщчттчштп п imi нению <о< iaiu юрючеи смеси 1аг нос те перши! мчкр<иекунчи, кш ча концентрации Н_<) 1Ь и СО становится < ранними < начальными концоптрацилуш oíipa «нмшпнм л н рафлде атомов ч рачнкаюв Пчлвллюп л также некоторые проУЮЛчУточные компоненты, важные на фазе развития ноептамепешы Например, концентрация СПД) достигает И) ' за 1 мке, и затем проюлжаст мечченно расти до момента поепчаменения, и то нрехы как мотьнал чочл С Н(> í.i ушкрт еку иду вырастает до 1 х II) ' и Чосчнгает 7 х Ш ' на 10-ой микросекунд liyinepanpa ьиа ос метел практически постоянной по премл всею периода индукции ав итоги тауюпопия (ДТ о к), а при плазменчо етнмуччронанном почжпге она заметно растет (Л1 100 К) в период инду кцич

Рис 1 Временные профичн мочышх до чей основных коутпонент для автопостаменсния (а) » восплаУ1снспия при помощи разряда (б) при Т-, = 15 Я) К ч /', = 11 атм и смеси СП| О.. Лг 1 2 27 График теущературы газа представлен жирной линией

Был проведен анализ чувствительности времен ннду кции к изменению констант скоростей хнушческих 1)еакцпй и к кочнчественным параметрам, таким как изменение напряженности эчсктричсского лочя, изменению концентраций и состава активных частиц, образовавшихся п разряде Выдетеиы химические процессы и кочнчестпениыс параметры, оказывающие нанботыпес пчияпие на ускорение или

замел пение вогпллчонення

Резу чьтаты чпг псиного модечнровання плазменно-стнхп тированного воепчамепения покачали, что при высоких начальных температурах газа лишни1 рафлта сво штсл к наработке атомов и радикалов, которые являются инициаторами цепных р< акций Также слезет отметить, что при низких начальных температурах на шх и ■имевшие может также оказывать эффект выделения тепта в экзотермических реакциях и как петствне существенный нагрев смеси в период иптхкцнн восп тамеш шы Эюг тппочпнтечьный нагрев приводит к ускорению реакций и умеимпеннм пертцл за (ержкн востамепения

Шестая (лава сг<и кл!г;(чг.1 ишнаншо р(зу штатов и^сигртгсптоп н численного моч.ечнроп,шня вш п имеиепил смесей пречечьиых углевочоротов гомологического ря 1а (}ган, пропан Гл ын и иенгам) 111 меси 1 кигчорочох! Сравниваются времена задержки пча!чеппо-1 гиму чиронашкпо воепчаченення и автовоспламенення 11а основании ЧШ.ТСШЮЮ хю телнрованпя дечаются выводы о попеденнн концентраций компонент, скоростей основных реакций и техтературы в период индукции н при воспламененпи

Экспериментально и чне к пмо н<с-ютовалась кинетика воепчамепення с\1есн С„1Ь„и 0^ Аг от п - 1 до о поч воздействием высоковочьтного наносек) ндного разряда Времена з.сдержкн воепчахшнения измерялись п условиях за фронтом отраженной ударной вочны в экспериментах с разрядом и без разряда (автовоспламенение) Было показано, что инициирование разряда с удельным энерговк чадом 10 30 мДж/см' приводит к уменьшению времени ипдукции воспламенения па порядки Бычи смоделированы процессы разряда и следующее за них! развитие цепных химических реакций, ведущих к воспламенению Константы скоростей реакций наработки активных частиц в разряде бычи рассчитаны на основе численного решения уравнения Вочьцчана Образование атомов, радикалов, возбужденных н заряженных частиц было численно прохюделиропано на основе экспериментально почхченных временных профилей электрического поля и тока в разрядном промежутке Рассчитанные концентрации активных частиц нспочьзовались как ! ходные параметры для расчета плазчеино стихплированного воепчаменения Был проведен анализ чувствительности численно почученных резу чьтатов к изменению сечений процессов взаимодействия эчектронов с частицами, к изменению констант скоростей химических реакций и к изменению состава атомов и радикалов образовавшихся в разрядной фазе Анализ резучьтатов вычпеленпй показал, что воздействие неравновесной пчазчы на врехга задержки воспламенения в основном связано с более быстрым инициированием цепных реакций, из-за высокой концентрации ачомов п радикалов, получившихся на фазе разряда в процессах диссоциации молекуч электронным ударом Было изучено влияние разчичных углеводородных радикалов, образование которых возможно па фазе разряда, на времена задержки плазх|еипо стимулированного воспламенения )

Мало известно про константы ск0]юсти и продукты реакций рекомбинации электронов с нонами углеводородов Предполагалось, что константы реакций

рекомбинации ионов \ глеводородов равны константе скорости реакции рекомбинации иона С,>11^, взятой из [22] Продукты эчектрон-ионной рекомбинации брались по наибочее вероятным каналам протекания реакций, взятым из [23] Допочннтечъные расчеты с нспочьзованием бочее детальной схемы показали, что основным положительным ионом в послесвечении разряда может быть НСО' вместо О] Тем пе менее, рассчитанные концентрации активных нейтральных частиц слабо изменяются при изменении состава ионов в посчесвеченип разряда, и поэтому, бочышшство расчетов вечось по упрощенной схеме, представченной в диссертации

Константы скоростей реакций диссоциации этектротнлм %ч,аром, возбуждения лектронпым \даром и ионизации эчектронным ударом рассчитывались как функции от / п, Для решения уравнения Бочьцмапа в классическом двучтением приСчилении ¡21] и опредечення неравновесного распредечения эчектропов по энергиям чспочьзопался стандартный программный пакет ВОЬ8К54 [2о] При решении }равнения Бочьцмана входными параметрами бычн временные профичи п1)нведеипой к концентрации газа напряженности эчектрнческого почя I /и, и начальный состав газа Распредечение эчектропов слабо зависело от температуры газа Рассматривались точько сточкновепия эчектропов с атомами и мочеку чами основных компонент п газовой смеси В интеграле сточкновеннй в \равнении Больцмана рассматривались столкновения эчектропов точько с ();, \г и мочеку чамн упоподо]>одов Вчиямпе эчоктрои электронных столкновений и стачкновеннй электронов с вновь образовавшимися в разряде частицами не \чнтывалось из-за низкой относите чт,пой концентрации этих частиц

Для сточкновеннй эчектропов с Аг [20], ().> [27] и С^Н,, [28] использовались догт\ иные к литературе самосогласованные наборы сечений, которые дают хорошее совпадение между вычислениями и измерениями для транспортных коэффициентов и частот столкновений в чистых газах Не бычо найдено падежных самосогчасованных наборов сечений процессов при сточкновеннй эчектропов с С С4Н,„ и С .Пи Сечения диссоциации и ионизации эчектронным ударом мачекуч и С|НЯ бычи аналитически оценены в [23] К тому же, эти данные были рекомендованы точько для высоких (> 20 эВ) энергий эчектронов, тогда как в усчовиях наносекундного разряда основными являются эчектроны с энергиями, близкими к пороговым значениям для рассматриваемых процессов Поэтому данные из [23] не бычи использованы, а предпочагалось, что сечения процессов при столкновениях электронов с углеводородами совпадают с сечениями, используемыми в расчетах для СЛ!,,

Продукты диссоциации электронным ударом молекуч типа С„Н2,1+2 не известны для II > 1 Энергия связей С-С ниже чем энергия связей С-Н Тем не менее, различие в энергиях связей С С и С Н много меньше, чем средняя энергия эчектронов в высоковочьтном напосекундном разряде и продукты реакции диссоциации электронным ударом могут быть различны Для оцепки образовавшихся в разряде активных частиц, было предположено, что продуктами диссоциации СЛЬп+г электронным ударом будут СгН^,^ и атомы Н Согласно [23], это один из наиболее вероятных каналов процесса диссоциации эчектронным ударом для СгНе и СзН8

0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 1000/Т. К'1

0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 10ОО/Т, К "'

Ю'г

0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 1000ГГ, К''

0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 1000/Т, К''

Рис. о: Зависимости времени задержки воспламенения от температуры полученные экспериментально (1,3) и численно (2/1) для автовоспламенения (1,2) и плазменно-стимулированного воспламенения (3,4) в смесях кислорода с а) этаном, б) пропаном, в) бутаном, г) пентаном.

Показано, что наибольший эффект от разряда наблюдается при значениях напряжённости электрического поля в области 40 100 Тд. В составе активных частиц доминируют атомы кислорода и в некоторой степени существенное влияние оказывают прнчукты тушения (V, (4.5 эВ) в столкновениях с молекулами углеводорода.

На Рис. 5 представлены времена задержки аптовоспламенения, измеренные в настоящей работе н стехнометрических смесях углеводородов гомологического ряда от СгН(; до С-,Нц с кислородом, разбавленных аргоном на 90 % как функции от начальной температуры газа для автовоспламенения и плазменно стимулированного воспламенения. Воздействие разряда приводит к значительному сокращению времён задержки воспламенения и к воспламенению смесей при существенно более низких температурах и плотностях газа.

Процесс воспламенения С,>Н0 С,-,Ни содержащих смесях был смоделирован с использованием кинетического механизма предложенного в [29] и проверен на

экспериментах по аптопосппаменению в СгНц, содержащих смесях Этот

механизм является комбинацией механизма ЙАМЕС [30] и механизма Вестбрука (\\ечИ)гоокЧ тесЬапып) предложенного для востаменення у гчеводородов гочочогического ряда от С_>Н, до СтНп, [31] Механизмы бычи обч,единены в одну схему и тс реакции механизма Вестбрука, которые дубчировали соответствующие в механизме ИАМЕС, удалялись из общей схемы Такой же механизм использовался при счиянии данныч по завнснмостяуг энтальпии веществ от температуры В резу чьтатс кннстичесьал схема испочьзоваппая при расчетах имела 619 компонент и 2518 реакций

Возможно иряугое е ранне пи«1 автовое таугепення и пча1Уюнио стнму чпропанного тн п ыдичеения т и и( рекрыв.ишцегое а чи ш попа начачьпых тсрутдннамнчее кн;* парау|етров начачьпая температура газа Т, Сыча в чнапазоне 1570 - I~>(< К в экспериментах по авчовоепчамепенпю и ИМ) 15Ы) К в экспериментах по пчазменно стнмучнрованноуп поепчамсненпю Пачачьная концентрация газа п, быча в диапазоне ((Н> - 1 Ь) х И)1"' см 1 в экспериментах по аптовоепчамеиению и 11 - 17) * К)14 су! 1 п экспериментах по пчазугонно-стимулироваиному вошчаменепию При ггоуг вреугя задержки востаменення сокращалось с сотен до с ч,1шнц микросеку ид

Из данных представченных па Рис 5а и Рис об видно, что не бьпо по чепо идеал1.пого соответствия между измеренными и рассчитанными пременами задержки автовосп чаменеиия в С2П|, и С >11« содержащих смесях При модсли]>овании пчазменно стнуплированного поджига в этих же смесях прослеживается та же тенденция к несовпадению, причем в СД1(, содержащих су(ссях расчеты по пчазмешш стичутированному поджигу, как и расчеты автовоспчаменеиия, дают нескочько бочыпие значения задержек автовоспламенения по сравнению с экспериментальными В С ¡11« содержащих смесях расчеты по пчазменно стнму чиропаниому поджигу, как и расчеты автовоепчаменения, дают несколько меньшие значения задержек автовосп чаменения по сравнению с экспериментальными

Наибольшее влияние на погрешность при модечироватши паносекундного разряда оказывает неточность определения напряженности электрического почя в эксперименте По оценкам, ошибка в концентрации активных частиц, вызванная неточностью опредечення напряженности эчектрического поля, не превосходит !() - 50 %, что может привести к пропорциональной ошибке при вычислении времени задержки воспламенения

Исследовано развитие разряда и распределение энергии, выделившейся п разряде, по уровням возбуждения Было показано, что в условиях экспериментов параметры разряда зависят от концентрации и не зависят от температуры газа На основе экспериментально почучеппых данных о токе и напряжении в разрядном промежутке было проведено моделирование кинетических процессов в разряде с участием активных частиц Было показано, что основными активными частицами в конце газоразрядной фазы (1 мке после инициирования) являются атомы О, Н и радикалы С„Н2„+| соотносящиеся по концентрации как, соответственно, 10 4 0 3

Численно бы то неин'донлпп влияние типа, и состава радикалов на время задержки воспламенения и показано, чю влияние атомов кнсчорода наиболее значительно

По аналогии с исследованием СП| содержащей смеси [?], удалось теоретически описать экспсриук'игадьние чанные п ирешотожопнн того, что действие разряда сводится к быстром* ноли и'шно атомов и радикалов в горючей смеси Это прнвочит к сокращению времени задержки востамепения па поря юк величины исопасуется с резучьтатамн экспериментов

Допочнитсчьные р,и четы показали, что экспериментально пол>ченное сокращение вречни н1>р/ккн воспламенения при воздействии разряда на горючую смесь может быть мик.ию чочько как следствие влияния активных частиц произведенных па ф,пе ра;рлча, а рои, нагрева газа па фазе разряда значительно меньше Пмчо чоклипо чт сокращение вречтеи ичержкн востаменения горючих смесей поя ченсгппем ра ¡рада < нлзано < негермнч« мгчш П[)оцесса\ш в тазме

Анализ резччылюв чигчеиных расчетов показал, что при начальных температурах !аи пчгпких к норои воспчаУ1снеинл, для эчектрнческих почей, в которых бочьныл чдпь энергии зчектронов ]>асход}ется на возбуждение и ионизацию цен г радии, инюцпацнл и возбуждение Угалекул электронным ударом на фазе разряда янллюпл 1« шитыми мехаинзмачш приводящим к сильному влиянию наносекундного р.ирлдд на вос1нач1епеш>е стехнометрических угчеводород кислородных смессн Диссоциация эчектроипыч! ударом приводит к образованию су тцестпенного кочичестна атомов С) и II па начальном этапе периода индукции воспчач1спення В р> зччьтате ско])ость цепных 1>еакцнй на начальном этапе периода индукции воепчамеш ним становится сравнимой со скоростью тех же реакций непосредственно и мименг востамепения

Седьмая глапа поенлщепа описанию рез>чьтатов экспериментов по востачсненню см<ен М.О 11,, О, Аг 13 0,35 Сравниваются времена задержки плазмепно-стичплнроканиого воепчаменепия, воспчаменения с поующью лазерного фотолиза N¿0 и автчвоепчачшнения Предложен кинетический механизм для моделирования счабо разбавчеппых нпертным газом смесей, содержащих N20, Н2 и

Кинетика химического превращения в смесях N20 112 О; Аг изучена в температурном интервале 1000 2700 К и диапазоне давчений от 0 1 до 10 атм С помощью эксперимента па ударной тр}бс полу ченн данные по временам индукции воспламенения в счабо разбавленных инертным газом смесях (от 50 до 90% Аг) На основе полученных данных и кинетических экспериментов в смесях, содержащих до 97% Аг, предложен механизм, описывающий кинетику в данной системе Уточнены значения ряда констант скоростей химических реакций с участием N¿0, N0 и ОН

В данной главе на основании экспериментов в ударных трубах по автовоспламенению и мопомочекулярпому распаду смесей [32, 33, 34, 35], содержащих N20, водород и кислород, и соответствующего численного расчета предложен механп 1м, опн< ынающпй кшнмику как ( ильно разбавленных N20-112-02 смесей, так и смесей с относительно слабым разбавлением инертным газом при

высоких (/ 1001) К) тгмпррат\ра\ и средних (до нескотьких атм) давтеннях

и Л О, N,0 Н, Аг ¿ТзТТТ^ 5 500 -

¥ 10

О, N,0 Н, Аг = 0 3 1 3 5 |

• ^ ф

б)

. -1 « -2

0 85 0 90 0 95 1 00 1 05 1 10 1 15 1000/Т К '

2 3 4 5

Концентрация газа, 10" см1

Риг 0 а) Времена одержкн поспчлмеиенпя смеси N„>0 II,» О; Лг 1 3 0,35 в зависимости от температуры при автовостаменепни 1, воспламенении с помощью лазерного фототнза 2, птазмепно стнму тированном восптаменении 3 б) Птотность энергии итоженной в газ в экспериментах по восп тамепению с помотдью фототнза 1 и разряда 2 в зависимости от концентрации газа

Эксперименты по птазменно-стнхч, тированному воспламенению, воептаменению с помощью тазерного фотолиза N¿0 и автовоспламснению п1>оводитись в смеси О2 П.. N„'0 Лг = ! !0 10 "Ю в диапазоне начальных температур от 830 до 1200 К и давлений 01 0 1 до 0 7 Л!м IЬпучемпые при ним времена индукции представлены па Рис Са Целью экспериментов бы то сравнение влияния фототнза и высоковольтного разряда на времена задержки воептаменения газа, находящегося в одних и тех же термодинамических условиях Оба способа воздействия на смесь имели одинаковую по порядку величины прочотжнтстьность и птотность энерговклада (см Рис Сб) Оба метода обеспечивали пространственную однородность воздействия Эти свойства позвотяти сравниватьптняние особенностей, присущих непосредственно разряду или фототн

В резпьтатс и в с ту час "воздействия фотолиза, и в случае применения наносекундного разряда набтюдается существенное уменьшение времен индукции и сдвиг порога воептаменения в сторону меньших температур Времена задержки восп таменення сокращаются до 2 раз при испотьзовании лазерного фото таза, и до Зх раз под действием наносекундного разряда

Воздействие лазерного излучения имеет селективный характер и энергия изтучения в основном идет на разрыв химических связей (фотолиз N¿0) и возбуждение этектронных степеней свободы атомов О, в то время как энергия высоковольтного наносекундного разряда расходуется на значительно большее число элементарных процессов

Экспериментально продемонстрировано влияние пространственно однородного образования активных частиц одного сорта на время задержки воспламенения в

смеси, содержащей (),>, И^ и N¿0

Показано л проанализировано гпияпие добавки кис юрода на кинетику востаменення На основе обработки экспериментальных данных по1\ чсна оценка константы скорости реакции N¿0 + Иг — ^ + НД) в диапазоне Р 0 1—10 атм и Т 1000 2700 К Проведен сравнительный анализ воздействия на горючую смесь неравновесной плазмы наносеку ндного разряда и однородного 1азерного излучения Показано, что при сравнимых значениях энерговклада сдвиги времени задержки востамснсння бипкн

Предложена кинетическая схема, описывающая процесс воспламенения смесей содержащих ()., Н> и N¿0 в данном диапазоне давлений и температ\р Описана кинетика востаменення под воздействием 1азерного фтэщ фотоппа

Восьмая глава является заключением, в котором форм\ чир\ ются основные резу чьтаты и выводы диссертации

Основные результаты и выводы диссертации-

1 В работе развит метод кочпчественного анализа кинетических процессов при воспламенении горючих газовых смесей с помощью неравновесной плазмы Суть метода заключается в сопоставлении характеристик автовоспламенения горючей смеси и воспламенения с помощью паносекундпого импульсного разряда при одних и тех же начальных условиях (давление, температура, состав смеси) и контролируемых параметрах разряда (энерговкпад, величина и временное поведение эчсктрического поля) Различие характерных времен развития разряда (десятки наносекунд) и процессов востаменення (десятки-сотни микросекунд) позволяет разделить рассмотрение параметров плазмы и воспламенения как в эксперименте, так и при численном моделировании

2 Проведено систематическое экспериментальное и численное исследование поджига с помощью наносеку ндного разряда стехиометрических углеводород кислородных смесей, разбавленных аргоном, для углеводородов гомотогического ряда от метана до пентана Показано, что при плазменно-стимул про ванном поджиге СН^ О,. Аг смеси времена задержки воспламенения сокращаются на 3 - 4 порядка по сравнению с автовостаменением, в случае поджига смесей типа С„Н2„+2 0.г Аг, п = 2 - 5 на 1 - 2 порядка по сравнению с автовоспламенением Удельный энерговклад наносекундпого разряда в смесь составляет 10 - 30 мДж/см1 Проведенный анализ максимально возможного разогрева газа показал, что процесс воспламенения напосекундным разрядом в условиях данной работы посит существенно неравновесный характер и обусловлен производством активных центров в результате воздействия разряда

3 Предложен кинетический механизм поджига углеводород-кислородных смесей неравновесной плазмой наносекундного разряда, заключающийся в

промотнропанин цепных реакции на стали" индукции воспламенения за счет образования активных центров продочжения и ветвления цепей на фазе разряда Проверенное чпсчепное моделирование плазменно стимутированного поспчаменеппя основывалось па добавчепин в начальный момент времени атомов О, II, и радикалов типа С„Н_.„. i к оснопным компонентам горючей смеси с пос le дующим расчетом по кинетической схеме, описывающей процесс автовоспчаменепия Кочнчество и соотношение радикалов зависело от почу чепныч н пгрнмгнтр нычепий пектрнчгскогп почя Показано, что ндибочытч- в'пынпо па врсчпчм ычержки тип ммепсшм при реалтумщихс л в р<иря к ныч< 1ны\ i к ктрнчсскон) ночи ">0 - ШО Тд оказывают атомы О, í*m П.Н1ЛЯ ми lt. Kniopitx и ip.ifuinii u и i n нроцн < e \iu (оцпации мочек\ч тчектронным ударом в рафядр При относительно ннзкпч начальных чемпер,пура\ law существенная часть атомов н радикалов вступает в реакции с выдечеппом топча, при повышении начальной температуры пабчюдается интенсивное ралштпе цепных реакций, н рочь допочнитечьного разогрева за гериоч индукции становится несущественна Почучснное совпадение экспериментальных и рассчитанных времен задержки воспламенения подтверждает адекватность предложенного механизма

I Для пыяспения рочн атомов кислорода при неравновесном воспламенении газовых смесей быч проведен специальный цнкч экспериментов и расчетов, в которых эффективность наносекундного разряда сопоставлялась с эффективностью чазерного фчэт-фоточиза В качестве поглощающего агента был выбран N¿0, возб\ждепие п1>оводичось изчучением ArF лазера с длиной вочны 193 нм Показано, что в резучьтате лазерного флэш-фотолиза при начальных температурах в диапазоне Г = 1100 - 1800 К и давчениях = 0 i - 1 атм времена задержки воспламенения в смеси N¿0 IL Ar 118 сокращаются в 2 раза, а в смеси ()_, iM_.() II¿ Ar 3 10 30 Ü0 в 4 раза по сравнению с автовоепчаменением \дечышй эперговкчад лазерного изчучения в газ составляет 1 —1 мДж/см' При таких же энерговкладах разряд дает сходный эффект сокращения времен задержки воепчамепения по сравнению с аптовоепчамепением Рассмотрены основные кинетические процессы, отвечающие за поджиг сме(!и в случае разряда и в счучае лазерного фчэтп-фотолиза, на основе численного модечирования определены основные каналы образования и гибели атомарного кислорода

Список литературы

[1] II II Семенов О некоторых пробчемах химической кинетики и реакционной способности // Изд-во АН СССР, M 1958 G8G с

[2] G Gorchakov, F Layrov // Acta Physicochmi URSS 1(1934) 139-144

[3] ABLeonov, D 4 Yaiantsev, A P Napartovich, and I V kochetov // 44th 414A Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, Nevada, US V, 9-12 January 2006) 4144 200G-5G3

[1] VKlmiox, V Bitiurm, IMoialcv, BTolkuno\, V Nikitm, 4 velichko and I Bilera // 44tli AI4 4erospace Sciences Meeting and Exhibit, 4I44-200G-G17

[5] N В 4шкш, E I Mmtoussov, S\ Panchcshiivi, DYRoupassov, \ ESvch, \ Yu Stankovskn ,7 list AIV V Verospace Sciences Meeting and Exhibit, (Reno, Ntexadd, USA., 9-12 lanuan 2003) 4144-2003-1053

[G] G Pilla, D Galley D V Lacostc, F Lacas, D\c\nantc, and С О Laux IEEE Tratis on Plasma Science 31 (200G) 2171-2177

[7] N ChmUla, 4 Bao, G Lou, I \ 4damo\ ich Comb and Flame 111 (200G) 744-75G

[8] S 4 Bo7henkov, SM Starikovskaia and l\u Stankovskii Nanosecond gas discharge ignition of Hj and CH, containing mixtures //Combustion and Flame 133 (2003) 133 110

[9] S Williams, С Carter, S Corera, M Kahandaivala, S Sidhu Model and Igniter Development for Plasma Assisted Combustion // Plasma Enhanced Combustion Workshop, Stanford University 9 Jan 2004

[10] A M Старик, II С Титова "Низкотемпературное инициирование детонационного горения газовых смесей в сверхзвуковом потоке при возбуждении мопекупярного кислорода в состояние Ог (а1 Л,,)"//Доктады академии наук 2001 Т 380, с 332

[11] Т Taclnbaria // Proe 2Gth (Int) Sympos on Combust Napoli, 199G WIP Abstracts P 385

[12] M Lavid, D Zhou, Y -C Li // Proc 26th (Int) Sympos on Combust Napoli, 1996 WIP Abstracts P 410

[13] H Furutam, F Liu, J Наша, S Takahashi // Proc 26th (Int) Sympos on Combustion Napoli, 199G WIP Abstracts P 394

[14] G Pilch, A Bntan, Boil-Dor Gabi, E Slier // Proc 27th (Int ) Symp on Combust Boulder, 1998 WIP-Abstracts P 95

[15] G V Naidis // J Phys D Appl Phys 40 (2007) 4525-4531

[16] H А Попов // Теплофизика высоких температур 45 (2007) 296-315

[17] А М Старик, Б И Луховицкий, Н С Титова // Кинет и катализ 48 (2007) 368387

[18] СМ Стариковская Имтпьспми разряд при высоких перенапряжениях особенности развития и возбчждеиие пттренппх степеней свободы газа Докторскал диссертация, 2(10(1, с 12 21

[10] С V Божепков Пссюдовапис втняния высокоско1>остной вочпы иошпацин па воспламенение вотородо-во!д\тпы\ и метано-поздушпнх смесей Дипчом бакалавра, 2002

[20] ЕП К\каев Исследование вистдмеиепня горючих смесей наносек\нт,пым разряюм п нмттыным ф'пш-фототн ¡ом Дни том магистра, 2001

[21] S М , Млпко\ sk.ua К N , Kuk.uv V\u, kuksm MM, Nudnova, \ Yu , Stanko\skn \nahsis ot llie spatial umfoiuiitx of the combustion of a gaseous mi\-tuie initiated b\ a nanosecond discliaige Combustion and Flame 193 (2001) 177 187

[22] ID \ Mitilioll, Pins Hi])oits 18C. (19011) 21."> 218

[23] RK Jane\ and Г) Roilrr, РЬч Plasmas 11 (2001) 780 829

[21] IP Slikaiofsk\, T \\ lolmston, M P Badmiski, Tlie particle kinetics of plasmas, Addison Wesley, МЛ, 19GG

(25] G ) M Hagelaar, L С Pitcliford, Plasma Sources Sci Technol 14 (2003) 722 733

[2C] К Tacbibana, Pbys Rev A 34 (1989) 1007 1015

[27] A A Ionin, I \ Kocbetov, A P Napartov ich, N N Yuryshev, I Pliys D Appl Pins <10 (2007) 23 61

[28] M Hayashi, ш LC Pitchford, В V McCoy, ^ Chutiiau and S Trajmar (Eds ), Electron collision cross-sections for molecules determined from beam and swarm data, Swarm studies and inelastic electron molccule collisions, Springer Verlag, New York, 1987, j) 167-187

[29] \ P Zliukov, \ \ Seclienov, A Yu Stariko\sku, Comb and Flame 140 (2005) 190 203

[30] EL Petersen, D Г Da\idson, R К Hanson, Comb and Flame 117 (1999) 272 290

[31] II ,1 Curran, P Gaffile, VV J Pit7, С К Wcstbrook, Comb and Flame 114 (1098) 149-177

[32] Zuev A P and Stanko'.skn A Yu 1992 Reactions involving nitrogen oxides Um-molecular N¿0 decomposition Sou J Chan Phys 10(1) 80—99

[33] Зуев Л П , Стариковский A К) 1991 Реакции с участием окислов азота при высоких температурах Реакции N¿0 с О Klnmitheikaia fiziku 10(2) 179 189

[31] 'Зуев ATI, Стариковский A I() 1991 Реакции с участием окислов азота при высоких температурах Реакции NO I О t \Г — N0^ i М Khimuhebkaia fuiku 10(2) 19» 199

[36] Zue\ V Р and Stankovskn Л Yu 1992 Peactions m the N..0 system at high temperatuies Sav J Chan Phys 10(3) 020 40

Список основных публикаций по теме диссертации

1 Kosarfv IN, Ueksandroy N L , Kmdysheva S \ , Stariko\skaia S M Stankoyskii \ Yu kinetic шескашьш ol plasma-assisted ignition ot hydiocarbons ' 2008 TPhysD VpplPhys 2008 \ 11 032002 (Cpp) doi 10 1088<0022-ЗГ27 П 3 032002

2 Kosaiey IN , Stankoyskaia SM, Stankoyskii A. Yu The kinetics of autoigmtion of rich N20-112-02- Vr mixtures at high temperatures /, Combustion and Flame 2007 V 101 P Gl-73

3 Slarikmskn A \u , Anikm N В , Kosarev I N , Mintoussov E I Starikoyska'a S M , Zhukoy VP Plasma-assisted combustion//Pure \ppl Chem 2006 \ 78P12G5-1204

4 Kosare 'IN, Aleksandrov N L , Kmdysheva S V , Starikovskaia S M , Stankoyskii A Yu Kinetics of ignition of saturated hydrocarbons by nonetjuilibnum plasma CH-i-co'itaimiig mixtures // Combustion and Flame 2008 V 104 P0G9 08G

<

1 март Илья И 1к>ни(внч

Кинетика псраыюпсгно! о поспламсш'мия 1азоныч смесей под воздействием .т<исрпо1 о флэш-фо шли ы и наиосскуидного разряда

\п|п|М |>М

Подписано 11 поч.иь 01 00 2008 Форма! 00 л 81 ', ,,, Печать офсегмал \п печ 1 10 \ч-иц 1,0 Тираж 100 эк^ Зака! Л" II"»

1 ос) ^Аргтвсмнос обра юна голыше учреждение иыгинге нрофесснонач.июго образования Москоюкий фишко-томшчеекпй институт (государе теппыЛ уиниерентет) (Ь сел автоматни.ронаннич изчате п.екнх систем "Ф11Т1 Е\-ПОЛШТ\Ф" 111700 Моек обч , гДочгоиру чиый, Циститу ц.кий пер , Ч

Оглавление

1 ВВЕДЕНИЕ

2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1 Неравновесные разряды, применяемые для воспламенения.

2.1.1 Импульсный ттаносекундный разряд.

2.1.2 ВЧ-разряд.

2.1.3 Другие типы разрядов.

2.2 Кинетика воспламенения, стимулированного неравновесными способами.

2.3 Выводи обзора.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

3.1 Ударная труба ,.

3.1.1 Определение параметров газа за отраженной ударной волной.

3.1.2 Определение скорости ударной волны лазерным птлирен-методом.

3.2 Создание высокоскоростной волны ионизации.

3.2.1 Высоковольтный импульсный генератор Аркадьева—Маркса.

3.2.2 Формирующая линия.

3.2.3 Разрядная камера.

3.3 Детектирование излучения ОН и СН в микросекундттом режиме.

3.3.1 Измерение времени индукции воспламенения.

3.3.2 Эквивалентность определения времени задержки воспламенения при детектировании излучения СН и ОН радикалов

3.3.3 Проверка линейности системы ФЭУ-повторитель.

3.4 Наттосекундные измерения параметров ВВИ.

3.4.1 Емкостные датчики. Определение напряжения.

3.4.2 Магнито-токовый датчик.

3.4.3 Оценка энерговклада.

3.4.4 Детектирование излучения высокоскоростной волны ионизации.

3.5 Методика экспериментов с фдэттт-фотолизом

3.5.1 Параметры излучения эксимерного Аг-Г лазера.

3.5.2 Пироэлектрический датчик.

3.5.3 Синхронизация и схема эксперимента.

3.5.4 Вычисление энерговклада.

4 МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

5 ПЛАЗМЕННО-СТИМУЛИРОВАННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СМЕСИ СН4:02:Аг

5.1 Впадение.

5.2 Эксперимент.

5.2.1 Экспериментальная установка и методы измерений.

5.2.2 Измерение параметров разряда.■.

5.2.3 Измерение параметров воспламенения.

5.3 Численные расчёты и обсуждение.

5.3.1 Кинетическая модель разряда и послесвечения.

5.3.2 Результаты расчётов процесса разряда.

5.3.3 Кинетическая модель для расчёта воспламепения.

5.3.4 Результаты расчётов автовоспламенения и плазменно-стимулированного воспламенения.

5.4 Выводы главы.

6 ПЛАЗМЕННО-СТИМУЛИРОВАННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СМЕСЕЙ CnH2u+2:02:Ar

6.1 Введение.

6.2 Эксперимент.

6.2.1 Экспериментальная установка и методы измерений.

6.2.2 Измерение параметров разряда.

6.2.3 Измерение параметров воспламенения.

6.3 Численные расчёты и анализ

6.3.1 Моделирование разряда и его послесвечения.

6.3.2 Кинетическая модель автовоспламенения и плазменно-стимулированного воспламенения.

6.3.3 Результаты моделирования автовоспламепения и плазменно-стимулированного воспламенения.

6.4 Выводы главы.

7 ВЛИЯНИЕ АТОМОВ КИСЛОРОДА НА КИНЕТИКУ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ СМЕСЕЙ 02/H2/N20/Ar

7.1 Введение.

7.2 Описание экспериментов.

7.3 Результаты экспериментов.

7.4 Построение кинетической схемы воспламенения смесей N20 : Н2 : 02 : Аг при высоких температурах.

7.4.1 Введение.

7.4.2 Эксперименты по автовоспламенению п Т^20-содержащих смесях.

7.4.3 Другие кинетические эксперименты в 1М20-содержащих смесях.

7.4.4 Описание численной модели и результаты сопоставления расчетов и экспериментов.

7.5 Выводы главы.

Первая глава является введением в работу, где обоснована актуальность диссертации, сформулированы основные ее цели и задачи, охарактеризованы научная новизна и практическая ценность полученных результатов, кратко изложено содержание по главам. Вторая глава содержит обзор литературы по экспериментальным и теоретическим методам исследования горения и поджига горючих газовых смесей неравновесными способами. Третья глава посвящена описанию экспериментального оборудования и методам диагностики, используемым в работе. Четвертая глава посвящена описанию основных методик, использованных для моделирования кинетических процессов в экспериментах по автовоспламенению горючих газовых смесей и для моделирования воспламенения смесей под воздействием импульсного высоковольтного наносекундного разряда и лазерного фотолиза. Пятая глава посвящена описанию результатов экспериментов и численного моделирования воспламенения метан-кислородной смеси. Сравниваются времена задержки плазменно-стимулированного воспламенения и автовоспламенения. Шестая глава посвящена описанию результатов экспериментов и численного моделирования воспламенения смесей предельных углеводородов гомологического ряда (этан, пропан, бутан и пентан) в смеси с кислородом. Сравниваются времена задержки плазменно-стимулированного воспламенения и автовоспламенения. На основании численного моделирования делаются выводы о поведении концентраций компонент, скоростей основных реакций и температуры в период индукции и при воспламенении. Седьмая глава посвящена описанию результатов экспериментов по воспламенению смесей ^0:Н2:02:Аг. Сравниваются времена задержки плазменно-стимулированного воспламенения, воспламенения с помощью лазерного фотолиза N20 и автовоспламенения. Предложен кинетический механизм для моделирования слабо разбавленных инертным газом смесей, содержащих N20, Нг и О2. Восьмая глава является заключением, в котором формулируются основные результаты и выводы диссертации.

Глава 2

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Вопрос о достоинствах либо недостатках неравновесной плазмы как инициатора или стабилизатора горения до сих пор остается открытым. Этому, по-видимому, может быть найдено несколько причин. Во-первых, механизм инициирования горения термической плазмой газовой дуги открыт давно и успешно применяется на практике, к примеру, в автомобильных двигателях внутреннего сгорания. Во-вторых, тюка еще ни один эксперимент не продемонстрировал значительного выигрыша в таких параметрах, как время индукции воспламенения, энергозатраты либо снижение температурного порога воспламенения по сравнению с термической плазмой.

Отметим, что в физике плазмы вопросы адекватного сравнения двух разных типов разрядов всегда были весьма нетривиальными. Сложно сравнить, к примеру, эффективность энерговклада в стример и в искру: в обоих случаях разряд неоднороден в пространстве и, строго говоря, даже при современной диагностической технике измерение температуры и плотностей отдельных компонент является сложной экспериментальной задачей, а расчеты требуют объединения знаний физики газового разряда, гидродинамики и высокотемпературной кинетики, причем - в случае неравновесной плазмы - с учетом возбуждения внутренних степеней свободы газа. Можно исследовать два способа возбуждения экспериментальным путем, причём поставить эксперимент таким образом, чтобы сравнить только эффективность двух типов разрядов, по возможности исключить сопутствующие гидродинамические эффекты, реализовать равные начальные условия хотя бы по энерговкладу или температуре - весьма непростая экспериментальная задача. Можно определять эффективность того или иного типа разряда, не пытаясь непосредственно сравнить его с прочими, но даже в этом случае вопросы контроля газовой температуры и ее влияния на поджиг или поддержание горения, вопросы гидродинамических возмущений системы, реального состава плазмы в зоне поджига или горения требуют большого внимания.

7.5 Выводы главы

Впервые экспериментально продемонстрировано влияние пространственно однородного образования радикалов одного вида на время задержки воспламенения в системе 02/Н2/К20. Проведен сравнительный анализ воздействия на горючую смесь неравновесной плазмы наносекундного разряда и объемного лазерного флэтп-фотолиза. Показано, что при сравнимых значениях неравновесного энерговклада от лазерного излучения или наносекундного разряда сдвиги времён задержки воспламенения близки. Показано и проанализировано влияние добавки кислорода на кинетику воспламенения. На основе обработки экспериментальных данных получена оценка константы скорости реакции N20 + Н2 —> N2 + Н20 в диапазоне Р—0.3-1 атм, Т—800-1600 К. Предложена кинетическая схема адекватно описывающая процесс воспламенения смесей содержащих 02/Н2/^20/Аг в данном диапазоне Р и Т. м

Глава 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты и выводы диссертации:

1. В работе развит метод количественного анализа кинетических процессов при воспламенении горючих газовых смесей с помощью неравновесной плазмы. Суть метода заключается в сопоставлении характеристик автовоспламенения горючей смеси и воспламенения с помощью наносекундного импульсного разряда при одних и тех же начальных условиях (давление, температура, состав смеси) и контролируемых параметрах разряда (энерговклад, величина и временное поведение электрического поля). Различие характерных времен развития разряда (десятки наносекунд) и процессов воспламенения (десятки-сотни микросекунд) позволяет разделить рассмотрение параметров плазмы и воспламенения как в эксперименте, так и при численном моделировании.

2. Проведено систематическое экспериментальное и численное исследование поджига с помощью наносекундного разряда стехиометрических углеводород-кислородных смесей, разбавленных аргоном, для углеводородов гомологического ряда от метана до пентана. Показано, что при плазменно-стимулированном поджиге СН^С^Аг смеси времена задержки воспламенения сокращаются на 3 — 4 порядка по сравнению с автовоспламенением, в случае поджига смесей типа С71Н2„+2:02:Аг, п = 2 — 5 — на 1 — 2 порядка по сравнению с автовоспламенением. Удельный энерговклад наносекундного разряда в смесь составляет 10 — 30 мДж/см3. Проведенный анализ максимально возможного разогрева газа показал, что процесс воспламенения наносекундным разрядом в условиях данной работы носит существенно неравновесный характер и обусловлен производством активных центров в результате воздействия разряда.

3. Предложен кинетический механизм поджига углеводород-кислородных смесей неравновесной плазмой наносекундного разряда, заключающийся в промотировании цепных реакций на стадии индукции воспламенения за счёт образования активных центров продолжения и ветвления цепей на фазе разряда. Проведенное численное моделирование плазменно-стимулированного воспламенения основывалось на добавлении в начальный момент времени атомов О, Н, и радикалов типа СпН2г1+1 к основным компонентам горючей смеси с последующим расчётом по кинетической схеме, описывающей процесс автовоспламенения. Количество и соотношение радикалов зависело от полученных в эксперименте значений электрического поля. Показано, что наибольшее влияние на времена задержки воспламенения при реализующихся в разряде значениях электрического поля 50 — 300 Тд оказывают атомы О, бблыпая часть которых нарабатывается в процессе диссоциации молекул электронным ударом в разряде. При относительно низких начальных температурах газа существенная часть атомов и радикалов вступает в реакции с выделением тепла, при повышении начальной температуры наблюдается интенсивное развитие цепных реакций, и роль дополнительного разогрева за период индукции становится несущественна. Полученное совпадение экспериментальных и рассчитанных времен задержки воспламенения подтверждает адекватность предложенного механизма.

4. Для выяснения роли атомов кислорода при неравновесном воспламенении газовых смесей был проведен специальный цикл экспериментов и расчетов, в которых эффективность наносекундного разряда сопоставлялась с эффективностью лазерного флэтп-фотолиза. В качестве поглощающего агента был выбран N20, возбуждение проводилось излучением АгР лазера с длиной волны 193 нм. Показано, что в результате лазерного флэтп-фотолиза при начальных температурах в диапазоне Т = 1100 — 1800 К и давлениях Р = 0.3 — 1 атм времена задержки воспламенения в смеси ^0:Н2:Аг=1:1:8 сокращаются в 2 раза, а в смеси 02^20:Н2:Аг=3:10:30:50 — в 4 раза по сравнению с автовоспламенением. Удельный энерговклад лазерного излучения в газ составляет 1—4 мДж/см3. При таких же энерговкладах разряд дает сходный эффект сокращения времен задержки воспламенения по сравнению с автовоспламенением. Рассмотрены основные кинетические процессы, отвечающие за поджиг смеси в случае разряда и в случае лазерного флэтп-фотолиза; на основе численного моделирования определены основные каналы образования и гибели атомарного кислорода.

ЧЪ

1. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений // Издание второе, дополненное. М.: Наука, 1966.

2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда // М.: Наука, 1992.

3. Волков В.А., Ткаченко Б.К. Методы исследования в физической газовой динамике // Москва, МФТИ, 1986.

4. Ландау Л.Д., Лифтиц Е.М. Статистическая физика. Часть I// М.: Наука, 1976.

5. Глутпко В.П. (ред.) Термодинамические свойства индивидуальных веществ // М.: Наука, 1978.

6. Аникин Н.Б. Экспериментальное исследование электродинамических характеристик высокоскоростной волны ионизации в молекулярных газах / / Работа на соискание степени к.ф.-м.н., 2000.

7. Craggs Л., Meek R. High Voltage Laboratory Technique // Butterworth Scientific Publishers, London, 1954.

8. Lamoureux N., Paillaxd C.-E., Vaslier V. Low hidrocarbon mixtures ignition delay times investigation behind reflected shock waves // Shock waves, 11 (2002) 309-322

9. Chintala N., Bao A., Lou G., Adamovich I.V. Measurements of combustion efficiency in nonequilibrium RF plasma-ignited flows // Comb, and Flame 144(4) (2006) 744-756

10. Schott G.L., Kinsey J.L. Kinetic studies of hydroxyl radicals in shock waves II: Induction times in the hydrogen-oxygen reaction // J. Chem. Phys. 29 (1958) 1177-1182.

11. Bhaskaran K.A., Roth P. Thermally поп-equilibrium gas mixture ignition by nanosecond discharges 11 Progress in Energy ang Combust. Science 28 (2002) 151-192.

12. Alden M., Edner H., Grafstrom P., Svanberg S. Two-photon excitation of atomic oxygen in aflame // Opt. Comm. 42(4) (1982) 244-246

13. Goldsmith Л.Е.М. Resonant multiphoton optogalvanic detection of atomic oxygen inflames 11 J. Chem. Phys. 78(3) (1983) 1610-1611

14. Miziolek A.W., DeWilde M.A. Multiphoton photochemical and collisional effect during oxygen-atom flame detection // Optic Letters 9(9) (1984) 390-392

15. Forch В.Е., Miziolek A.W. Oxygen-atom two-photon resonance effects in multiphoton photochemical ignition of premixed H2/O2 flows 11 Optics Letters 11(3) (1986) 129-131

16. Forch B.E., Miziolek A.W. Ultraviolet laser ignition of premixed gases by efficient and resonant multiphoton photochemical formation of microplasmas // Comb. Sci. and Techn. 52 (1987) 151-159

17. Lavid M., Stevens J.G. Photochemical ignition of premixed hydrogen/oxidizer mixtures with excimer lasers 11 Comb, and Flame 60 (1985) 195-202

18. Lucas D., Dunn-Rankin D., Нош K., Brown N.J. Ignition by excimer laser photolysis of ozone // Comb, and Flame 69 (1987) 171-184

19. Chou M.-S., Zukowski Т.Л. Ignition of H2/02/NII3, II2/air/NHz and CHA/02/NH3 mixtures by excimer-laser photolysis of NH3 // Comb, and Flame 87 (1991) 191-202

20. Lavid M., Nachshon Y., Gulati S.K., Stevens J.G. Photochemical ignition of premixed hydrogen/oxygen mixtures with ArF laser // Comb. Sci. and Techn. 96 (1994) 231-245

21. Henshall B.D. On some aspects of the use of shock tubes in aerodynamic research // ARC R.ep. and Mem. №3044 (ARC Techn. Rep. №17407) London (1957).

22. Glass I.I., Patterson G.N. A theoretical and experimental study of shock-tube flows // Л. Aero Sci. 22(2) (1953) 73-100

23. Зуев А.П., Стариковский А.Ю. Сечения поглощения молекул 02, NO, N20, С02, Н2О, N02 в ультрафиолетовом диапазоне спектра // Журнал прикладной спектроскопии 52(3) (1990) 455-465

24. R.oth Е.-Р., R.uhnke R., Moortgat G., Meller R,., Schneider W. 1997 UV/VIS-Absorption Cross Sections and Quantum Yields for Use in Photochemistry and Atmospheric Modeling. Part 1: Inorganic Substances 11 1997 pp. 1-17, 133-137

25. Roose T.R,., Hanson R.K., Kruger C.H. Decomposition of NO in the Presence of NH3 // Proc. Int. Symp. Shock Tubes Waves 11 (1978) 245

26. Семенов Н.И. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. 11 Изд-во АН СССР, М.: 1958. с. 686

27. Pilla G., Galley D., Lacoste D.A., Lacas F., Veynante D., Laux C.O. Stabilization of a turbulent premixed flame using a nanosecond repetitively pulsed plasma // IEEE Trans, on Plasma Science 34 (2006) 2471-2477

28. Williams S., Carter С., Corera S., Kahandawala M., Sidhu S. Model and Igniter Development for Plasma Assisted Combustion // Plasma Enhanced Combustion Workshop, Stanford University. 9 Лап 2004.

29. Старик A.M., Титова H.C. Низкотемпературное инициирование детонационного горения газовых смесей в сверхзвуковом потоке при возбуждении молекулярного кислорода в состояние (а1 Ад) // Доклады академии наук 380 (2001) 332

30. Tachibana Т. // Proc. 26th (Int.) Sympos. on Combust. Napoli, 1996. WIP Abstracts. P.385

31. Lavid M., Zhou D., Li Y.-C. // Proc. 26th (Int.) Sympos. on Combust. Napoli, 1996. WIP Abstracts. P.410

32. Furutani H., Liu F., Hama Л., Takahashi S. // Proc. 26th (Int.) Sympos. on Combustion. Napoli, 1996. WIP Abstracts. P.394

33. Pilch G., Britan A., Bon-Dor Gabi, Sher E. // Proc. 27th (Int.) Symp. on Combust. Boulder, 1998. WIP Abstracts. P.95

34. Naidis G. V. Modelling of transient plasma discharges in atmospheric-pressure methane-air mixtures // Л. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 4525-4531

35. Попов H.A. Влияние неравновесного возбуждения на воспламенение водород-кислородных смесей II Теплофизика высоких температур 45 (2007) 296-315

36. Старик A.M., Луховицкий Б.И., Титова Н.С. О механизмах инициирования горения в смесях СН,\ (С2#2)/воздух/0Л при возбуждении молекул 03 лазерным излучением 11 Кинетика и катализ 48 (2007) 368 387

37. Стариковская С.М. Импульсный разряд при высоких перенапряжениях: особенности развития и возбуждение внутренних степеней свободы газа // Работа на соискание степени д.ф.-м.н. (2000) с. 12-21.

38. Боженков С.А. Исследование влияния высокоскоростной волны ионизации на воспламенение водородо-воздушных и метано-воз душных смесей 11 Работа на соискание степени бакалавра (2002)

39. Кукаев Е.Н. Исследование воспламенения горючих смесей наносекундным разрядом и импульсным флэш-фотолизом 11 Работа на соискание степени магистра (2004)

40. Лапеу R.K., Reiter D. Collision processes of 62,3 Ну and С2,зНу hydrocarbons // Phys. Plasmas 11(2) (2004) 780-829

41. Shkarofsky I.P., ЛоЬпз^п T.W., Bachinski M.P. The particle kinetics of plasmas // Addison-Wesley, MA, 1966

42. Wang F., Liu Л.В., Sinibaldi Л., Brophy С., Kuthi А., Л1а1^ С., Ronney P., Gundersen M.A. Transient plasma ignition of quiescent and flowing air/fuel mixtures 11 IEEE Trans, on Plasma Science 33(2) (2005) 844-849

43. Pancheshnyi S., Lacoste D.A., Bourdon A., Laux C.O. Ignition of propane-air mixtures by repetitively pulsed nanosecond gas discharges 11 Proc. of 17th Int. Symp. on Plasma Chemistry (Toronto, Canada, 7-12 August 2005)

44. Anikin N.B., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Study of the oxidation of alkanes in their mixtures with oxygen and air under the action of a pulsed volume nanosecond discharge 11 Plasma Phys. Rep. 30 (2004) 1028-1042

45. Ganguly B.N., Parish .7.W. Absolute H atom density measurement in pure methane pulsed discharge 11 Applied Physics Letters bf 84(24) (2004) 4953-4955

46. Gorchakov G., Lavrov F. Influence of electric discharge on the region of spontaneous ignition in the mixture 2H2-02 // Acta Physicochim. URSS 1 (1934) 139-144

47. Kossyi I.A., Kostinsky A.Yu., Matveyev A.A., Silakov V.P. Kinetic scheme of the non-equilibrium discharge in nitrogen-oxygen mixtures // Plasma Sources Sci. Technol. 1 (1992) 207-220

48. Королёв Ю.Д., Месяц Г.А. Физика газового разряда // М.: Нука. 1991

49. Allen K.R., Phillips К. Mechanism of Spark Breakdown // Electrical Rev. 173 (1963) 779

50. Thomson Л.Л. Recent researches in electricity and magnetism // Oxford, Clarendon (1893) P. 115

51. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов // УФН 160(7) (1990) 49 82

52. Василяк Л.М., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., Филюгин И.В. Высокоскотостные волны ионизации при электрическом пробое // УФН, 164(3) (1994) 161-285

53. Anikin N.B., Zavialova N.A., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Nanosecond-discharge development in long tube // IEEE Trans, on Plasma Science 36(4) (2008) 902-903

54. Krasnochub A.V., Vasilyak L.M. Dependence of the energy deposition of a fast ionization wave on the impedance of a discharge gap // .7. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2006) 1678-1682

55. Anikin N.B., Pancheshnyi S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Breakdown development at high overvoltage: electric field, electronic levels excitation and electron density // •I.Phys.D.: Appl.Phys. 31 (1998) 826-833

56. Pancheshnyi S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Population of nitrogen molecule electron states and structure of the fast ionization wave // Л-Phys.D.: Appl.Phys. 32 (1999) 2219-2227

57. Anikin N.D., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Polarity effect of applied pulse voltage on the development of uniform nanosecond gas breakdown 11 .7. Phys. D: Appl. Phys. 35 (2002) 2785—2794

58. Hidaka Y., Takuma H., Suga M. Shock-tube study of the rate constant for excited OH*(2T,+) formation in the N20-H2 reaction 11 J. Phys. Chem. 89 (1985) 4093—4095

59. Anikin N.D., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Uniform nanosecond gas breakdown of negative polarity: initiation from electrode and propagation in molecular gases // J. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001) 177-188

60. Raizer Yu.P., Shneider M.N., Yatsenko N.A. R.adio-frequency capacitive discharges // New York: CRC Press 1995

61. Leonov A.B., Yarantsev D.A., Napartovich A.P., Kochetov I.V. Plasma-assisted ignition and flameholding in high-speed flow // 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, USA, 2006) AIAA-2006-563.

62. Bletzinger P., Ganguly B.N., Van Wie D., Garscadden A. Plasmas in high speed aerodynamics // J. Phys. D: Appl. Phys. 38 2005 R33—R57

63. Klimov A., Bitiurin V., Moralev I., Tolkunov B., Nikitin A., Velichko A., Bilera I. Non-premixed plasma-assisted combustion of hydrocarbon fuel in high-speed airflow 11 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, USA, 2006) AIAA-2006-617

64. Liu J., Ronney P.D., Gundersen M.A. Premixed Flame Ignition by Transient Plasma Discharges ¡I Proc. of the 3rd Joint Meeting of the US Sections of the Combustion Institute (Chicago, USA, 2003) paper B-25

65. Liu J., Wang F., Lee L.C., Ronney P.D., Gundersen M.A. Effect of fuel type on flame ignition by transient plasma discharges // 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, USA, 2004)

66. Smith G.P., Golden D.M., Frenklach M. et al., http://www.me.berkeley.edu/grimech. ,

67. Marcum S.D., Parish J.W., Ganguly B.N. Methane dissociation in pulsed DC discharges at high reduced electric field 11 Journ. of Propulsion and Power 20 (2004) 360-368

68. Brown M.S., Forlines R.A., Ganguly B.N. Dynamics of hydrocarbon-based pulsed DC discharge for ignition application // 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, USA, 2006) AIAA-2006-611

69. Niemi К., Schulz-von der Gathen V., Doebele II.F. Absolute calibration of atomic density measurements by laser-induced fluorescence spectroscopy with two-photon excitation // Л. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001) 2330-2335

70. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме // М.: Наука 1980

71. Lukhovitskii B.I., Starik A.M., Titova N.S. Activation of chain processes in combustible mixtures by laser excitation of molecular vibrations of reactants // Combustion, Explosion, and Shock Waves 41 (2005) 386-394

72. Starikovskii A.Yu. Initiation of ignition by the action of a high-current pulsed discharge on a gas // Combustion, Explosion, and Shock Waves 39(6) (2003) 619-626

73. Von Elbe G., Lewis B. Mechanism of the thermal reaction between hydrogen and oxygen // J.Chem.Phys. 10 (1942) 366-393

74. Konnov A. Detailed reaction mechanism for small hydrocarbons combustion http://homepages.vub.ac.be/akonnov/

75. Campbell C.S., Egolfopoulos F.N. Kinetic paths to radical-induced ignition of methane/air mixtures // Comb. Sci. Technol. 177 (2005) 2275-2298

76. Takita К., Ли Y. Effect of radical addition on extinction limits of H2 and CH4 Flames // 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, USA, 2006) AIAA-2006-1209

77. Aleksandrov N.L., Kindysheva S.V., Kirpichnikov A.A., Kosarev I.N., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Plasma decay in N2, C02 and H2 О excited by high-voltage nanosecond discharge // Л. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 4493-4502

78. Starikovskaia S.M. Plasma assisted ignition and combustion // Л.РЬуз.Б: Appl.Phys. 39 (2006) 265-299

79. Bozhenkov S.A, Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Nanosecond gas discharge ignition of H2 and СНЛ containing mixtures // Combust. Flame 133 (2003) 133-146

80. Starik A.M., Titova N.S. Possibility of initiation of combustion of СНл-02 (air) mixtures with laser-induced excitation of 02 molecules // Combustion, Explosion, and Shock Waves 40(5) (2005) 499-510

81. Starikovskaia S.M., Kukaev E.N., Kuksin A.Yu., Nudnova M.M., Starikovskii A.Yu. Analysis of the spatial uniformity of the combustion of a gaseous mixture initiated by a nanosecond discharge // Combust. Flame 139 (2004) 177—187

82. Starikovskaia S.M., Anikin N.B., Pancheshnyi S.V., Zatsepin D.V., Starikovskii A.Yu. Pulsed breakdown at high overvoltage: development, propagation and energy branching // Plasma Sources Sei. Technol. 10 (2001) 344-355

83. Kee R.7., Miller Л.А., Jefferson Т.Н. Report No. SAND 80-8003 (Sandia National Laboratory, Livermore, CA, 1980)

84. Gear C.W. The automatic integration of ordinary differential equations // Comm. of the ACM 14(3) (1971) 176-179

85. Eliasson В., Kogelschatz U. Basic data for modeling of electric discharge in gases: oxygen Report KLR-86-11C // Report Brown Boveri Forschungszentrum CH-5405 Baden, 1986

86. Ionin A.A., Kochetov I.V., Napartovich A.P., Yuryshev N.N. 2007 J. Phys. D: Appl. Phys. 40 25-61

87. Hagelaar G.J.H., Pitchford L. C. 2005 Plasma Sources Sei. Tehnol. 14 722-733

88. Tachibana K. 1989 Phys. Rev. A34 1007-1015

89. Kossyi I.A., Kostinsky A.Yu., Matveyev A.A., Silakov V.P. // Plasma Sources Sei. Technol. 1 (1992) 207-220

90. Mitchell Л.В.А. // Phys. Reports 186 (1990) 215-248

91. Bates D.R. // Astrophys. Л. 306 (1986) 45-47

92. McEwan М.Л., Phillips L.F. Chemistry of the atmosphere // Edward Arnold Publ., London 1975

93. Delcroix Л L, Ferreira С M and Ricard A 1976 Metastable atoms and molecules in ionized gases In: Principles of laser plasma, G Bekefi (Ed.) // New York: Wiley 176-244

94. Velazco J E, Kolts Л H , Setser D W 1978 ,7. Chem. Phys. 69 4357—73

95. Смирнов Б.М. Возбуждённые атомы // M.: Энергоиздат 1982

96. Balamuta Л., Golde M.F., Mole A.M. 1985 J. Chem. Phys. 82 3169—78

97. Жуков В.П., Сеченов В.А., Стариковский А.Ю. Самовоспламенение бедной смеси пропан-воздух при высоких давлениях // Кинетика и катализ 46(3) (2005) 319-327

98. Petersen E.L., Davidson D.F., Hanson R.K. 1999 Comb, and Flame 117 272—90

99. Curran Н.Л., Gaffuri P., Pitz W.J., Westbrook C.K. 1998 Comb, and Flame 114 149-77

100. Frenklach M., Wang H., Goldenberg M., Smith G.P., Golden D.M., Bowman C.T., Hanson R.K., Gardiner W.C., Lissianski V. 1995 GRT Topical Report No. GRI-95/0058

101. Warnatz Л. Critical survey of elementary reaction rate cofficients in the C/H/O system In: Gardiner W. C. (ed). Combustion chemistry // Springer-Verlag, N.Y. 1984

102. Kosarev I.N., Aleksandrov N.L., Kindysheva S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Kinetic mechanism of plasma-assisted ignition of hydrocarbons // .l.Phys.D: Appl.Phys. 41 (2007) 032002 (6pp) doi:10.1088/0022-3727/41/3/032002.

103. Kosarev I.N., Aleksandrov N.L. Kindysheva S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Kinetics of ignition of saturated hydrocarbons by nonequilibrium plasma: СЩ-containing mixtures // Combust. Flame 154 (2008) 569—586.

104. Kosarev I.N., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. The kinetics of autoignition of rich N20-H2-02-Ar mixtures at high temperatures 11 Combust. Flame 151 (2007) 61-73

105. Заслонко И.С., Лосев С.А., Можжухин Е.В., Мукосеев Ю.К. // Кинетика и катализ 21 (1980) 311

106. Зуев А.П., Стариковский А.Ю. Реакции с оксидами азота. Мономолекулярный распад N20 // Химическая физика 10(1) (1992) 80—99

107. Зуев А.П., Стариковский А.Ю. Реакции с участием окислов азота при высоких температурах. Реакции NO I О I М —> NG2 I М//Химическая физика 10(2) (1991) 190 199

108. Зуев А.П., Стариковский А.Ю. Реакции в системе N2O-H2 при высоких температурах // Химическая физика 10(3) (1992) 520 540

109. Азатян В.В., Александров Е.Н., Тротпин А.Ф. Скорости инициирования цепей в реакциях водорода и деитерия с кислородом // Кинетика и ктализ 16 (1975) 306

110. Baldwin R.R., Gethin A., Walker R.W. Reaction of Hydrogen Atoms with Nitrous Oxide 11 Л. Chem. Soc. Faraday Trans. 69 (1973) 352

111. Albers E.A., Hoyermann K., Schacke H., Schmatjko К.Л., Wagner H.Gg., Wolfrum Л. Absolute Rate Coefficients for the Reaction of H—Atoms with N20 and Some Reactions of CN Radicals // Symp. Int. Combust. Proc. 15 (1975) 765

112. Walker R.W. Comments on an Assessment of Rate Data for High-Temperature System 11 Symp. Int. Combust. Proc. 14 (1973) 117

113. Fenimore C.P., .Tones G.W. Rate of reaction in hydrogen, nitrous oxide and in some other flames // Л. Phys. Chem. 63 (1959) 1154

114. Dixon-Lewis G., Sutton M.M., Williams A. The reaction of hydrogen atoms with nitrous oxide H J. Chem. Soc. (1965) 5724

115. Balakhnine V.P., Vandooren J., Van Tiggelen P.J. B.eaction mechanism and rate constants in lean hydrogen-nitrous oxide flames // Combust. Flame 28 (1977) 165

116. Dean A.M., Steiner D.C., Wange E.E. A shock tube study of the H2/02/C0/Ar and H2/N20/C0/Ar systems: measurements of the rate constant for H I N20 = N2 I OH // Combust. Flame 32 (1978) 73

117. Glass G.P., Quy R.B. Measurement of high temperature rate constants using a discharge flow shock tube 11.1. Phys. Chem. 83 (1979) 30

118. Dean A.M., Johnson R.L., Steiner D.C. Shock-tube studies of formaldehyde oxidation // Combust. Flame 37 (1980) 41

119. Lewis R.S., Watson R.T. Temperature dependence of the reaction 0(SP) + OH — 02 + H11 J. Phys. Chem. 84 (1980) 3495

120. Howard M.J., Smith I.W.M. Direct rate measurements on the reactions N + OH — NO

121. H and 0 I OH = 02 I H from 250 to 515 K // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 77 (1981) 997

122. Pirraglia A.N., Michael J.V., Sutherland J.W., Klemm R.B. A flash photolysis-shock tube kinetic study of the H atom reaction with 02: H I 02 = OH I 0 (962 K<T<1705 K) and H -/- 02 + At II02 + Ar (746 K<T<987 K) // ,7. Phys. Chem. 93 (1989) 282

123. Shin K.S., Michael J.V. Rate constants for the reactions H / 02 = OH / 0 and D I02 — OD + 0 over the temperature range 1085 2278 K by the laser photolysis-shock tube technique 11 J. Chem. Phys. 95 (1991) 262-273

124. Baulch D.L., Cobos C.J., Cox R.A., Esser C., Frank P., Just Th., Kerr J.A., Pilling M.J., Troe J., Walker R.W. Warn at/ J. Evaluated kinetic data for combustion modelling // J. Phys. Chem. Ref. Data 21 (1992) 411-429

125. Kurzius S.C., Boudart M. Kinetics of the branching step in the hydrogen-oxygen reaction 11 Combust. Flame 12 (1968) 477-491

126. Westenberg A.A., DeHaas N., Roscoe J.M. B.adical reactions in an electron spin resonance cavity homogeneous reactor // J. Phys. Chem. 74 (1970) 3431-3438

127. Klimo V., Bittererova M., Biskupic S., Urban J., Micov M Temperature dependences in the O / OH = 02 I H reaction. Quasiclassical trajectory calculation // Collect. Czech. Chem. Commun. 58 (1993) 234-243

128. Cobos C.J., Hippler H., Troe J. High-pressure falloff curves and specific rate constants for the reactions H I 02 = H02 = IIO I O jj J. Phys. Chem. 89 (1985) 342

129. Tsaug W., Hampson R.F. Chemical kinetic data base for combustion chemistry. Part I. Methane and related compounds // J. Phys. Chem. R.ef. Data 15 (1986) 1087

130. Warnatz J. Rate coefficients in the G/II/O system. In "Combustion Chemistry", ed. W.C.Gardiner,Jr. // Springer-Verlag, NY, 1984 197

131. Kaufman F., Del Greco F.P. Fast reactions of OH radicals // Symp. Int. Combust. Proc. 9 (1963) 659

132. Dean A.M. Shock Tube Studies of the N20/Ar and N20/H2/Ar Systems // Int. J. Chem. ICinet. 8 (1976) 459

133. Hidaka Y. Takuma H., Suga M. Shock-tube studies of N20 decomposition and N20-H2 reaction // Bull. Chem. Soc. Jpn. 58 (1985) 2911

134. Sulzmann K.G.P., Kline J.M., Penner S.S. Shock-Tube Studies of N20-Decomposition 11 Symp. Int. Shock Tubes Waves Proc. 12 (1980) 465

135. Henrici H., Bauer S.II. Kinetics of the nitrous oxide-hydrogen reaction // J. Chem. Phys. 50 (1969) 1333

136. Fenimore C.P. Jones G.W. Rate of the reaction, O I N20 = 2NO // Symp. Int. Combust. Proc. 8 (1962) 127-133

137. Tsang W., Herron XT. Chemical kinetic data base for propellant combustion. I. Reactions involving NO, N02, HNO, IIN02, HCN and N20 // J. Phys. Chem. R.ef. Data 20 (1991) 609-663

138. Soloukhin R.I. Thermal decompositin kinetics of N20 in shock waves // Dokl. Phys. Chem. 207 (1972) 912

139. Baber S.C., Dean A.M. N20 Dissociation behind reflected shock waves 11 Int. J. Chem. Kinet. 7 (1975) 381

140. Monat J.P., Hanson R.K., Kruger C.H. Kinetics of nitrous oxide decomposition // Combust. Sci. Technol. 16 (1977) 21

141. Belles F.E., Brabbs T.A. Experimental verification of effects of turbulent boundary layers on chemical-kinetic measurements in a shock tube // Symp. Int. Combust. Proc. 13 (1971) 165

142. Jachimowski C.1., Houghton W.M. Shock-tube study of the initiation process in the hydrogen-oxygen reaction // Combust. Flame 17 (1971) 25

143. Semenov N. On the constants of the reactions H + 02 — OH + O and H2 + 02 — 20H 11 Acta Physicochim. URSS 20 (1945) 292

144. Balakhnin V.P., Gershenzon Yu.M., Kondrat'ev V.N., Nalbandyan A.B. A quantitative study of the mechanism of hydrogen combustion close to the lower explosion limit // Dokl. Phys. Chem. 170 (1966) 659

145. Ripley D.L., Gardner W.C. Shock-tube study of the hydrogen-oxygen reaction. II. Role of exchange initiation // Л. Chem. Phys. 44 (1966) 2285

146. Pancheshnyi S.V., Lacoste D.A., Bourdon A., Laux C. 2006 IEEE Trans, on Plasma Sei. 34(6) 2478-2487

147. W.L. Morgan, Adv. At. Mol. Opt. Physics 43 (2000) 79-110.

148. Capitelli M., Ferreira C.M., Gordiets B.F., Osipov A.I. Plasma kinetics in atmospheric gases // Springer, Berlin, 2000.

149. Becker K.H., Kogelschats! U., Schoenbach K.H., Barker R.J. (Eds.) Non-equilibrium air plasma at atmospheric pressure// IOP, Bristol, 2004.

150. Окабе X. Фотохимия малых молекул // М.: Мир, 1981

151. Krishnan K.S., Ravikumar R. // Combust. Sei. Technol., 24 (1981) 239-245.

152. II.F. Winters // J. Chem. Phys., 63 (1975) 3462-3466.

153. S. Motlagh, Л.Н. Moore // Л. Chem. Phys., 109 (1998) 432-438.

154. G.P. Smith, Л. Luque, C. Park, Л.В. Лейтпез, D.R. Crosley // Combust. Flame, 131 (2002) 59-69

155. Horning D.Ch. High-Temperature Gasdynamic Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Stanford University, Липе 2001, Report TSD—135, 148.

156. C.Q. Л5ао, С.А. ОеЛоэерЬ, A. Garscadden // Л-Phys.D: Appl.Phys. 40 (2007) 409—414.

157. A. Burcat, A. Lifshitz, K. Scheller // Comb, and Flame 16 (1971) 29 33.

158. Л.М. Rodrigues, A. Agneray, X. Лаптеис, M. Bellenoue, S. Labuda, C. Leys, A.P. Cher-nukho, A.N. Migoun, A. Cenian, A.M. Savel'ev, N.S. Titova, A.M. Starik // Plasma Sources Sei. Technol. 16 (2007) 161—172.

159. Y. Hidaka, M. Nagayama, M. Suga, // Bull. Chem. Soc. Лрп 51 (1978) 1659-1644.

160. Y. Hidaka et al., // Mass Spectroscopy 29 (1981) 191-198.

161. Y. Hidaka, A. Ikoma, H. Kawano, M. Suga, Int. J. Mass. // Spectrom. Ion Phys. 48 (1983) 71-74.

162. C. Praxmarer, A. Hansel, W. Lindinger, Z. Herman // J. Chem. Phys. 109 (1998) 42464252.

163. Carlins J.J., Clark R.G. Ozone generation by corona discharge 11 Handbook of ozone technology and applications 1(2) (1982) 41