Применение процессов горения и детонации в энергообменных аппаратах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ МУК БЕЛАРУСИ АКАДЕМИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ КОМПЛЕКС ИНСТИТУТ ТЕПЛО-И МАССООБМЕНА шл. А.В.ЛЫКОВА "

, На правах рукописи

УДК 533.6:621.373

АЧАСОВ ОЛЕГ ВЛАДИМИРОВИЧ.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ДЕТОНАЦИИ В ЭНЕРГООБМЕННЫХ АППАРАТАХ

01.04.14 - Теплофизика и молекулярная физика АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Минск 1994

Работа выполнена в АНК "Институт тепло-и массообмена им.А.В.Лыкова" Академии наук Беларуси

Официальные оппоненты)

доктор физико-математических наук,

профессор В.А.Левин

доктор физико-математических наук, А.С.Башкин

доктор физико-математических наук В.В.Чураков

Ведущая организация!

Московский физико-технический институт

Защита состоится "25" мая 1994 г. в 14час, на заседании Специализированного совета Д 006.12.01 при АНК "Институт тепло-и массообмена ' им.А.В.Лыкова" Академии наук Беларуси (220072, г.Минск, ул. П.Бровки, 15)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института тепло-и массообмена им.А.В.Лнксва" Академии наук Беларуси

Автореферат диссертации разослан 24 апреля 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета к.ф.-м.н.

Г.С.Романов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

В настоящее время существует обширный класс знергообменных аппаратов, преобразующих энергию реакций горения в механическую работу. При этом, на этапе созлания устройства решается целый комплекс проблем по повышению эффективности и надежности его работы, снижению стоимости изготовления и эксплуатации, а также уменьшению вредного воздействия продуктов работы на окружающую среду. Как свидетельствуют результаты многолетних исследований по решению указанных проблем, предел совершенствования двигателей на процессах сравнительно медленного горения практически достигнут. Дальнейшее качественное и количественное улучшение технико-экономических показателей знергообменных аппаратов может быть достигнуто при использовании в качестве' рабочего процесса других физико-химических явлений, в частности детонации.

Привлекательность использования детонашш в качестве рабочего процесса в энергообменных устройствах обусловлена:

- более высокими мощностными характеристиками процесса при снижении массогабаритных показателей;

- расширением номенклатуры используемых топлив,-

повышением полноты сгорания топлива и ' улучшением экологических показателей выхлопных продуктов.'

Таким образом, вопрос о возможном применении детонации как -рабочего процёсса различных знергообменных аппаратов является весьма актуальным. Несомненна также и актуальность разработки методов диагностики и моделирования•основных рабочих процессов в различных энергообменных устройствах.

Тема диссертационной работы связана с планами научно-исследовательских работ АПК "Институт тепло-и массообмена им.А.В.Лыкова АКБ в период 1977-1994 г.г. Работа является обобщением результатов теоретических и прикладных исследований, выполненных под руководством и при участии автора по заданиям координационных планов ГКПТ СССР, республиканским и академическим проблемам.'

Цель работы. Основной целью настоящей работы является развитие концепции применвшш детонационного сгорания в качестве рабо-

3

чего процесса энергообменных установок, а также развитие методов моделирования и диагноетикк рабочих процессов в них.

Задачи исследования. Для достижения . поставленной цели необходимо было решение следующих задач:

проведение анализа эффективности использования детонации в качестве рабочего процесса энергообменных аппаратов,-

-разработка методов диагностики рабочих процессов в энергообменных аппаратах,-

-развитие методов моделирования рабочих процессов в высокоскоростных потоках химически- и колебательно- неравновесных газов,-

-исследование возможностей реализации двигателя детонационного сгорания.

Научная новизна работы состоит в следующем: I. обоснована высокая эффективность энергообменных установок с применением детонационного сгорания реакционноспособных рабочих сред,-

2. проведены . исследования различных вариантов инициирования детонационного сгорания топливо-кислородных газовых смесей - электровзрывного, электроразрядного, струйного и ударно-волнового,- определены условия их реализации;

3. предложена и реализована схема форкамерного инициирования детонации в камере сгорания,-

4. предложена схема инвертированного осесимметричного форкамерного инициирования детонации и доказана ее более высокая эффективность по сравнеию с прямой,-

5. развиты методы диагностики и моделирования рабочих процессов в высокоскоростных потоках химически- и колебательно-неравновесных газов:

-под руководством профессора Н.А.Фомина предложены и реализованы модификации спекл-диагностики - спекл-фотография с внесенным оптическим клином, двухдлинноволновя спекл-фотография и спекл-диагнос-тика в инфракрасной области спектра, расширяющие диапазон применения и возможности метода,-

-под руководством академика Р.И.Солоухина разработана методика одновременного бесконтактного определения колебательных и поступательных температур, давления, а также концентрации поглощащего

4

компонента, определены границы ее применимости,- для ее реализации создан 'лазерный источник зондирующего излучения с синхронизируемой модуляцией на базе магнитожидкостных и активно-пассивных пьезо-керамических дефлекторов,-

-реализована методика определения поля плотности исследуемых объектов, основанная на одновременной регистрации изменения интерференционной картины всего течения и динамики набега интерференционных полос в нескольких фиксированных реперных точках.

Практическая ценность работы заключается в том, что

1. полученные в ней результаты по детонационному сгоранию ре-акционноспособных газовых смесей могут быть положены в основу создания новых технологических процессов- и аппаратов,- применены для интенсификации процессов сгорания в камерах энергетических установок I при создании малогабаритных форсажных камер авиационных двигателей; для расширения номенклатуры применяемых топлив и снижения требований к ним; в различных, отраслях техники, использующих нестационарные течения, ударно-волновые и детонационные эффекты,-

2. разработанные алгоритмы математического моделирования высокоскоростных потоков колебательно- и химически- неравновесных газовых сред позволяют проводить оптимизацию широкого круга энергообменных устройств - газодинамических, химических и химико-газодинамических лазеров,- камер сгорания различных двигательных установок,-аппаратов с использованием. сверхзвуковых неравновесных газовых потоков,-

3. предложенные модификации спёкл-диагностики - спекл-фотогра-фия с внесенным, оптическим клином, двухдлинноволновая спекл-фото-графия и спекл-диагностика в инфракрасной области спектра, расширяющие диапазон применения и возможности метода могут быть использованы при создании нового диагностического оборудования,-

4. разработанная методика одновременного бесконтактного определения колебательных и поступательных температур, давления, а также концентрации поглощающего компонента позволяет осуществлять исследования широкого круга- объектов, содержащих поглощающую среду и применяется в ряде научно-исследовательских учреждений СНГ.

5. реализованная методика определения поля плотности, основанная на одновременной регистрации изменения интерференционной карти-

5

ны всего течения и динамики набега; интерференционных полос в нескольких фиксированных реперных точках может быть применена при исследовании различных объектов с фазово неоднородной газовой средой.

На защиту выносятся следующие основные результаты проведенного исследования:

1. развитие концепции применения детонационного сгорания в энергообменных аппаратах,-

2. результаты исследования различных вариантов инициирования детонационного сгорания топливо-кислородных газовых смесей -электровзрывного, электроразрядного, струйного и ударно-волнового;

3. схема осевого форкамерного инициирования детонации в камере сгорания,-

4. схема инвертированного осесимметричного форкамерного инициирования детонации,- *

5. развитие методов диагностики и моделирования рабочих процессов в высокоскоростных потоках химически- и колебательно- неравновесных газов:

- модификации спекл-диагностики - слекл-фотография с внесенным оптическим' клином, двухдлинноволновя спекл-фотография и спекл-диагностика в инфракрасной области спектра!

- анализ границ применимости методики одновременного бесконтактного определения колебательных и поступательных температур,' давления, а также концентрации поглощавдего компонента,- приборное обеспечение ее реализации,- методика определения поля плотности исследуемых объектов,

основанная на одновременной регистрации изменения интерференционной картины всего течения и динамики набега интерференционных полос в нескольких фиксированных реперных точках.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Межведомственном совещании "Использование ударно-волновых и детонационных эффектов в тепловых двигателях" (Красноармейск, 1993г.),- на Международной школе - семинаре . по физике ударных волн (Минск, 1992г.); на 10,- 12 и 13 Международных коллоквиумах по газодинамике взрыва и реагируицих систем (США, 1985, 1989г.г., Япония, 1991г.),-на 7 Международном симпозиуме по проточным газовым и химическим ла-

6.

Зерам (Швейцару, 1988г.); на 4 Международной конференции по инфракрасной физике (Швейцария, 1988г. >,: на 15 и 18 Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (Минск, 1981г., Италия 1987г.),- на 15 Международном симпозиуме по ударным трубам и ударным волнам (США, 1985г.),- на Международном симпозиуме по оптическим методам в динамике жидкостей и твердых тел (Чехословакия, 1984г.),- на 8 Международном симпозиуме по процессам горения (Польша, 198ог.),-на 15 Международном симпозиуме по прикладным проблемам и методам в механике жидкости (Польша, 1981г.),- на 6 Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (Алма-Ата, 1980г.),- на семинарах в ИХФ АН СССР, Институте проблем механики АН СССР, Ленинградском механическом институте, Институте термомехадики ЧСАН, Институте проточных машин ПАН, Центре исследования химии высоких температур НЦНИ Франции, Лаборатории энергетики и детонации ВНМА Франции, Марсельском и Неаполитанском университетах, Центре исследования химии плазмы НЦИ Италии в период с 1978 по 1993г.г., опубликованы в работах [1-60] и защищены авторскими свидетельствами на изобретения [61-85].

■Объем и структура. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитированной литературы (311 наименований); имеет 97 рисунков на 82 страницах и 190 страниц текста.

■ КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обснована актуальность и целесообразность исследований. Сформулированы основные цели и. решаемые в диссертации задачи. , '

В первой главе проведен анализ эффективности использования детонации в качестве рабочего процесса энергообменных аппаратов.

Потенциальные возможности детонации как рабочего процесса энергообменных аппаратов могут быть наглядно продемонстрированы на диаграмме эволюции двигательных установок, приведенной на рис.1. Очевидно, что конечная цель любой создаваемой двигательной установки заключается, в наиболее эффективном преобразовании запасенной потенциальной энергии в кинетическую. При этом, если способ ввода энергии в энергообменное устройство может быть, в соответствии с механизмом ее накопления, различным: тепловым, химическим, электромагнитным, ядерным или гравитационным, то способ ее реализации всегда одинаков - кинетическая энергия поступательного движения

7 .

МВт/л

Рис.1.Удельная мощность энерговыделения в камерах сгорания различных двигателей

ч

РЧ

ПЛАЗМЕННЫЙ

№

НАГННТОЛЛАЗМЕННЫв

Но ^

ионный

А.

■ гс>\ , Ю

ю

к. С

Рис. 2 Возможная тяга на единицу массы аппарата и удельный импульс длй различных ракетных двигателей

а

ч в.-

ш

В, с

Рис. 3 Эффективная сила, создаваемая единицей массы рабочего тела и удельный импульс для различных - рабочих процессов

транспортного средства. Эволюция двигательных установок заключается главным образом в повышении удельнбй мощности реализации запасенной энергии без существенного увеличения массогабаритных характеристик. Как видно (рис. I), для_паровых двигателей она составляет « 1кБт/л, для двигателей внутреннего сгорания - 100кВт/л, а для ракетных водород-кислородных двигателей может. превышать значение 100 МВт/л. Приведенные на диаграмме предельные оценки удельной мощности энер-.тедзвделения при детонационном сжигании водород-кислородной газовой Шеся свидетельствуют о перспективности использования детонации в качестве рабочег® ядзоцесса энергообменных аппаратов.

Как свидетельствуют приведенные на рис. 2 зависимости тяги на единицу массы летательного аппарата (или его ускорения) от удельного импульса тяги для различных источников энергии, наибольшие значения среднемассовой тяги могут быть реализованы для химических источников. Заметим, что произведение характеристик, использованных в качестве координат, представляет собой среднемассовую мощность: р*=у-р/(2М)=и-а/2. Здесь V- скорость истечения, т - развиваемая тяга, я- удельный импульс тяги, м и а - масса и ускорение летательного аппарата. Изолинии постоянной среднемассовой мощности представляют собой прямые, наклоненные под углом 45° к осям координат (рис.2) и, как видно, ограничены значением I МВт/кг.

Потенциальные возможности собственно'двигательного устройства . иллюстрируются рис. 3. Здесь, в отличие от предыдущего случая, сила тяги отнесена к массе не всего летатэльного аппарата, а лишь рабочего тела и характеризует, его ускорение в выходном сечении двигателя. В дополнение к линиям постоянной удельной мощности на рис.3 приведены также и линии постоянного "эффективного времени" - времени необходимого для ускорения рабочего тела под действием постоянной силы из состояния покоя до скорости в выходном сечении^ Область "проекты" ограничена с одной стороны, гипотетическим атомным двигателем - использование атомной бомбы, взрывающейся непосредственно за летательным аппаратом (точка 2), ас другой - гипотетическим детонационным двигателем (точка 3). Как видно область диаграммы, названная "газовая детонация" является связующей между "современными технологиями" и."проектами".

Основные схемы организации рабочих процессов в -двигателе дето-

9

национного сжигания должны обеспечивать возможность реализации последовательного воздействия подаваемых порций топлива на некоторую рабочую поверхность, ось симметрии которой совпадает с выделенным направлением движения перемещаемого тела. Первоначально у рабочей поверхности следует приготовить исходную смесь. Время, необходимое для этого, вероятно, будет лимитироваться максимально возможной скоростью (или скоростью звука в смеси) и размерами области заполнения (что определяется схемой подачи смеси). Приготовленная смесь затем детонирует; в области заполнения давление резко возрастает, обеспечивая воздействие импульса давления на рабочую поверхность. Продукты реакции расширяются, охлаждаются и вытесняются из области заполнения новой порцией исходной смеси (заряда).

Чтобы проанализировать рабочий цикл ддс, необходимо рассмотреть динамическую схему создания детонационной волны в области заполнения. Простейшим решением является так называемая прямая схема, когда рабочая поверхность обеспечивала бы и поджиг смеси. В этом случае детонационная волна будет распространяться против направления движения тела и воздействия направленного импульса давления волны на рабочую поверхность не будет. Давление от начального возрастет до значения давления в продуктах реакции. После достижения внешней границы области заполнения детонация прекратится и ударная волна будет распространяться по продуктам реакции предыдущих взрывов. Расширение продуктов реакции, первоначально занимавших область заполнения, произведет полезную работу.

Рассмотрим инвертированную схему, которая аналогична предыдущей по физическим процессам и отличается только направлением движения детонационной волны. Импульс давления на рабочей поверхности в этом случае максимален, так как -после отражения от поверхности ударная волна будет останавливать двигающиеся за ней продукты реакции. Важно, что после отражения волны движения газа у рабочей поверхности нет и, следовательно, почти вся кинетическая энергия продуктов передается телу. После выхода отраженной волны за пределы области заполнения расширение продуктов будет происходить по адиабатическому процессу и применение сопла необходимо, если запас механической энергии сжатого газа будет значителен.

■ Рассмотрим в координатах р-у и т-э (рис.4) идеальные циклы

10

Рис. 4

прямой и инвертированной схем организации рабочего процесса в двигателе дето-национного сжигания. Здесь: 1-2- сжатие исходной смеси по ударной адиабате, 2-3 - подвод тепла при детонации и превращение смеси в продукты реакции, 3-4 - сжатие продуктов реакции по ударной адиабате в отраженной волне, 4-5 -адиа-батическое расширение продуктов реакции при использовании сопла, 5(5')-1 -ус-ловный изобарический процесс охлаждения, замыкающий цикл. Отметим, что на диаграммах не приведены процессы, связанные с приготовлением исходной смеси и подачей ее в область заполнения, а также потери, обусловленные поджигом заряда. Прямой схеме соответствует цикл 1-2-3-5'-1, инвертированной - цикл 1-2-3-4-5-1. Точка 3 соответствует точке Чепмена-Жуге на ударной адиабате продуктов реакции, в которой достигаются максимальные значения энтропии и температуры реакции. Положение ее определяется касательной к зтой адиабате 1 -3-2.

. Как видно, запас механической энергии, которым обладают продукты реакции и который расходуется при перемещении границ области запрлнения в процессе их расширения в инвертированной схеме выше, чём в прямой.

Инвертированная схема позволяет также сократить время цикла, складывающееся из времени инициирования детонации, времени задержки продувки из-за превышения давления на выходе трактов подачи топлива давления в ресивере и времени заполнения рабочего объема. Очевидно, что при последовательной реализации этапов цикла и при отсутствии возможности их совмещения время цикла будет максимальным. Однако, если инициирование производится от автономного источника и не предусматривается реализация автоколебательных режимов детонации смеси принципиально возможно частичное совмещение времени инициирования и заполнения объема. За счет смещения рабочей поверхности и трактов подачи возможно также частичное совмещение времен задержки и детонации.

При скорости детонации много большей скорости звука в трактах подачи основным этапом во времени рабочего цикла будет продувка области заполнения. Следова-

11

тельно, для увеличения скважности необходимо максимальное совмещение процесса продувки с другими. Такое совмещение будет наибольшим для инвертированной схемы, когда инициирование осущестляется вблизи открытого сечения области заполнения и возможно обеспечение совмещения продувки с периодом инициирования и детонации. Время задержки в этом случае будет' наименьшим, так как за фронтом детонации движется волна разгрузки. В прямой схеме волна разгрузки за фронтом уменьшает давление, только до давления взрыва и разгрузка начинается лишь после окончания детонации на границе области заполнения.

Таким образом, сместив плоскость выходного сечения трактов относительно рабочей поверхности, чтобы отраженная волна приходила в эту плоскость после прохождения волны разгрузки от сечения выхлопа, можно изменить время задержки до минимальной величины и обеспечить максимально возможное совмещение . периодов продувки и детонации в инвертированной схеме.

Термический КПД цикла позволяет судить о степени полезного использования подводимого тепла.' В рассматриваемых циклах подведенным теплом является теплота реакции ч. В процессе 5(5')-1 отводится тепло ч = 1- 1,= с (.т-,.т, ). Следовательно

5 э 1 р 5 1

0-0. 1 2

1 -

3

4

№

V

. 1 -

УУ 1

(I)

С учетом того, что процессы 1-2, 3-4, . 3-5' и 4-5 являются адиабатами, на которых полная энтальпия сохраняется, а в процессе 2-.3 полная энтальпия составляет У 1* + ч, отношение преобразовать следующим образом!

Х5/11М0ЖН0

с

»2 ^ 2 А /А ; » А2-■

1 +

ти,)

(Г « 1) / (у - 1); Аг-Т(1) -Т(А)-М2.

Подставляя это выражение в (I), горчим:

та,. > Г (А1 )

■ 2 2

- УУУ

(2)

1

Таким образом, если энтальпия исходной смеси много меньше теп-

12

лоты реакции, термический КГЩ определяется показателем адиабаты Пуассона и приведенным коэффициентом' скорости для отбрасываемых продуктов реакции, рассматриваемых как совершенный газ. Если использование сопла не предусматривается, то а5*1 и 4^0,10+0,15. При использовании реактивного сопла термический КГЩ цикла резко возрастает и при л5= 2 сопоставим с КПД жидкостных реактивных двигателей. Предварительное адиабатическое сжатие исходной смеси дает повышение термического КЦЦ п° на 30 + 100 % 60%) при числе Маха

детонационной волны М = 5,5иг = 1,3в сравнении с нормальными начальными условиями процесса (р,= 1,013-Ю5 Па, 298,i5k).

Сравним термический КПД рабочих циклов с использованием детонационного, изобарического и изохорического сжигания реакционспо-собной смеси. Пусть рабочий цикл в двигателе осуществляется следующим образом. Исходная смесь адиабатически сжимается из состояния P0,v0.b состояние Р^. Затем происходит сжигание смеси с выделением зависящей от конструкции двигателя теплоты q, обеспечивающее такое конечное состояние продуктов сгорания (d, р, v), что они получают одно и то же изменение энтропии. Последующее изоэнтропичес-кое расширение переводит продукты в состояние 5\ и цикл замыкается условным изобарическим процессом 5'-0. Следует определить, какое количество тепла будет выделено при сжигании в таких циклах для различных рассматриваемых процессов (q = qd, qp, qv) , при этом чем выше значение q процесса тем выше его термический КПД.

Так как точки 5', d, р и v принадлежат одной и той же адиабате, можно записать следующее соотношение:

PS'VI' = РЛ 3 РЛ ' Pdvd " consti • • (3>

тр v тр v

Для процесса I-P: р,« рр и ip= Qp= ^-i-f * Qp - .

ГЦ У PV

Тогда: q. --Ц - и . (4)

т - i 4 v i

Для процесса I-v: v^ vy и внутренняя энергия су= е^ q,

v т - i

Pi Y „ pV

г-Я-гОт- Тогда: Qr-irMr <"FГ - х) • (5)

Для процесса I-d точка d соответствует точке Чепмена-Жуге ударной

13

адиабаты продуктов реакции, для которой:

Рп

'( 1

1111?. 1° I ♦ г „

Г ♦ 1

гм2

„ 2 1 м, - - ■•«

с 1

Va -Л»

°1 " ,р1у1! « ■ 1 * (г - 1>-о,/ с, : Для изоэнтропы 0-1 аналогично (з) получим:

р V '

*0 О

(6)

р^'.сопа^.

Соотношения для сопвь1 и сопаьг определятся из второго закона термодинамики для совершенных газов с уравнением состояния Р-у=(т-1)-е с учетом, что для всех циклов изменение энтропии на 1-№,р,у) и 0-5' одинаково.

V» V , р

Р 5

v " v . ; ~

о о

Р I V о

1 ( о

Используя (4),(5) и (7) получим: Рт

- I

Г1

1

Т "

V

5 о|

v ./v

5 О

м \

1.

и'

(7)

(8)

г(р - О "

Таблица I. о / о„

и, = 3.5 4 5 5.5 6 7 8 8.5

т-1.1 1.073 1 09 1 12 1.135 1 148 1. 174 1. 198 1.209

7 = 1.2 1.14 1 172 1 233 1.262 1 29 1. 343 1. 393 1.416

Г-1.3 1.201 1 24в 1 338 1.382 1 424 1. 505 1. 582 1.62

Г-1.4 1.257 1 318 1 436 1.494 1 55 1. 66' 1. 765 1.816

7 = 5/3 1.3 85 1.479 1 667 1.76 1 852 2. 035 2. 216 2.305

0(5/3) 2.288 2 64 3 38 3.763 4 156 4. 966 '5. 802 6.23

3.(1.1) 3.254 4 021 5 812 6.832 7 432 10 .37 13 .11 14 . 59

Аналогично для детонации получим следующее соотношение:

1. _ *К ••1ЛН.)'

, г

л______'_____

гг- I 2(Г . 1)(Р* - 1)

(9)

где а * о.5- (м2, + 1/М2), э - V ,/ V . Используя (7), получим:

е'

р v

*р I

р v *1 о

ш.

27

7*1

1/

Г* 1

и окончательно

+ 1/

, (К . 1/ И*.

* * -.(-ТГГГ1)

Г-1

(Ю) (И)

- (1 + 1/у) Таблица 2. о,/ о„

м

М! = 3.5 4 5 5.5 6 7 8 8.5

7=1.1 1.0166 1.0170 1.0175 1 0176 1 0177 1.0179 1. 018 1 018

7=1.2 1.0316 1.0323 1.0332 1 0335 1 0337 1.0340 1. 0342 1 0343

7 = 1.3 1.0451 1.0462 1.0475 1 0479 1 0482 1.0486 1. 0489 1 049

7 = 1.4 1.0575 1.0589 1.0605 1 0610 1 0614 1.0619 1. 0622 1 0624

7 = 5/3 1.0557 1.0877 1.0901 1 0909 1 0914 1.0922 1. 0927 1 0929

Таким образом, для анализируемых рабочих циклов, термический КПД процессов возрастает, при переходе от изобарического к изохори-ческому, а затем к' детонационному. Соответствующее представление процессов на Те-диаграмме показывает, что отличие обусловлено их различной крутизной на тепловой диаграмме. Последняя зависит от уровня температуры, при которой осуществляется выделение тепла. При детонации температура реакции оказывается наивысшей.

Очевидно, что если проводить сравнение рабочих циклов, тлеющих, общую конечную точку на адиабате а не начальную, то наивысший термический КПД будет при -прохождении реакции при постоянном давлении.

Следовательно, если, в схеме конструкции двигателя имеются ограничения по максимальным уровням давления или температуры, значит следует проводить дополнительное обоснование использования взрывных процессов тепловыделения. Если таких ограничений нет, как например, при сжигании в открытых объемах, то взрыв становится термодинамически выгодным процессом.

Во второй главе изложены физические основы развитых методов

• 15

диагностики химически- и колебательно-неравновесных газовых потоков, а также результаты их апробации на примере исследования некоторых газодинамических схем организации течения в различных модельных объектах - двигателе внутреннего сгорания, проточных газовых лазерных устройствах, детонационных камерах сгорания - базирующихся, в основном, на импульсных газодинамических стендах на основе ударных труб. Это позволило проводить экспериментальные исследования в широком диапазоне изменения как структурной схемы организации процесса, так состава и термодинамических параметров рабочих сред..

К числу развиваемых методов относится метод лазерного зондирования исследуемых молекулярных сред в различных спектральных интервалах. Особое место этого метода при исследовании неравновесных распределен:31 молекул определяется следующими обстоятельствами: I) не требуется калибровки, величина показателя усиления (поглощения) не зависит от мощности излучения зондирующего лазера (это справедливо при измерении ненасыщенного показателя усиления); 2) метод позволяет одновременно определить поступательную и колебательные температуры, а также концентрацию усиливающей,(поглощающей) компоненты; 3) для определения температур в проточных энергообменных устройствах не требуется информация о давлении исследуемого газа.

Рассмотрим основы метода лазерного зондирования на примере его применения для исследования газовых потоков, содержащих молекулы С02. К настоящему времени кроме "традиционных" диагностических лазеров, работающих на переходах основных полос 10,4 мкм (00°Ы0°0), 9,4мкм (00°1*02°0), доступны для применения в практике диагностических исследований лазеры, работающие на переходах полос, горячих по асимметричной 10,4мкм (00°2-»Ю°1), 9,4мкм (00°2->02°1) и по деформационной 10,8 мкм (01'1-»1110) модам' колебаний С02.

В рамках температурной модели, основанной на предположении о наличии парциальных колебательных температур, характеризующих населенности колебательных уровней различных мод, и. о больцмановском распределении по вращательным уровням, показатель усиления (поглощения) ' в центре линии конкретного колебательно-вращательного перехода зависит от параметров, характеризующих среду: ао= т' Р' 5со ' ^ ' ' \ ) = • (12>

2 12 3

Очевидно, что при известных функциональных зависимостях име-

16

ется принципиальная возможность определения параметров исследуемой среды по экспериментально определенному набору показателей усиления (поглощения) при заданных значениях одного из параметров. К числу параметров, которые могут быть заданы, в первую очередь относится значение вращательного квантового числа J, которое определяется частотой генерации зондирующего лазерного источника. В некоторых случаях могут быть известны также температура, давление, концентрация усиливающей (поглощающей) компоненты и концентрации остальных компонент исследуемой среды. Как уже отмечалось выше, при таком подходе не требуется калибровки измерительной схемы, но точность (а иногда и достоверность) восстановления неизвестных параметров определяется степенью приближенности используемых теоретических зависимостей для показателя поглощения/ усиления и достоверностью используемых в них постоянных и функциональных зависимостей. Для уточнения их для молекулы углекислого газа нами были проведены серии экспериментального и численного моделирования с учетом вклада "горячих" переходов и эффектов перекрытия, позволившие адекватно описывать поглощательше (усилительные) ' характеристики в широком диапазоне изменения термодинамических параметров.

Очебидно, что минимальное число измерений поглощательных/ усилительных характеристик .исследуемой среды на различных линиях зондирующего излучения при практической- реализации метода должно быть равно числу неизвестных. В этом случае искомые параметры могут быть определены из решения системы трансцендентных уравнений, описывающих функциональные зависимости а0(Х)). Однако такой способ определения . Х( оказывается приемлемым лишь в простейших случаях:. для равновесной среды при известных составе и давлении или для неизвестной колебательной температуры Ту3 при предположении Т» =Ту2=Тя=Т и известных' р и . В более сложных случаях путь, отыскания искомых величин приводит к достоверным результатам лишь при очень высокой точности определения показателей усиления исследуемой среды. При погрешностях измерения ао=5-Ю% .попытки решения системы трансцендентных уравнений даже только для трех- неизвестных (Т=Ти, Ту1=Ту2=Т>12,Туэ) могут привести к нефизичным результатам, что отражает высокую критичность техники обработки результатов измерений к погрешностям первичных данных. Столь высокая критичность к пог-

17

решностям при обработке экспериментальных результатов связана как со слабой зависимостью величины показателя усиления (поглощения) от ряда параметров: в условиях лоренцовского коотура от р и (концентрации неизлучающих компонент влияют на ао только через уширение линий) в условиях сильной неравновесности, когда Хуз»х»1 , от Т» и ТУ,, так и с возможностью одинакового "управления" величиной ао за счет изменения различных параметров. Спектральное распределение <*0(а) внутри любой из колебательных Полос, так же как и спектральные распределения радиационных характеристик, определяет температуру среды. Сравнение усилительных характеристик полос 00°Ы0°0 и 00°Ь02°0; 00°1*10с0, 00°1*02°0 и (Л'ЬН'О, 00°2*Ю°1; а также Р-и н-ветвей полос 00°1*10°0 или 001°-»02°0 позволяет получить аналитические зависимости для определения температур заселения соответствующих колебательных уровней. Однако сравнительно небольшое различие в абсолютной величине измеряемых усилительных характеристик и невозможность переопределения системы уравнений приводят к существенному влиянию погрешности измерений показателей усиления на точность определения искомых параметров. Определение большого числа рассчитанных по аналитическим формулам значений колебательных температур с последующим осреднением не всегда приводит к увеличению точности их определения.

Наиболее корректно, по-видимому, восстановление характеристик исследуемой среды на основании минимизации функционала, представляющего сумму квадратов невязок ме&ду экспериментально измеренными значениями а3(а) и теоретическими зависимостями (12), определяющими связь показателей усиления с искомыми характеристиками:

В этом случае появляется, с одной стороны, возможность значительного переопределения системы (число экспериментальных значений ao(J) может превышать число восстанавливаемых параметров), с другой -возможность отыскания одновременно всего набора неизвестных с использованием всей совокупности определяющих соотношений.

Для выявления влия!шя погрешностей определения усилительных (поглощателышх) характеристик на точность определения параметров

п

(13)

исследуемого оСъекта била смоделирована процедура их определения методом лазерного спектрографа с дальнейшей - обработкой полученных "экспериментальных" значений'а®. Для заданных параметров среды по теоретическим зависимостям для показателя усиления (поглощения) определялись значения а3, после чего параметры восстанавливались при минимизации функционала (13). затем в точке минимума находились производные

эх.

эХк Г а'Ф

дсс° ~ [ вХ эх

Эа3ЭХ,

(14)

которые характеризуют изменение • параметра X., вызвашюе

о '

изменением а . Передаточный коэффициент

эХ. ас?

к 1

0

х X Э

к к в

характеризует связь между относительной погрешностью определения

а(э и х . Тогда максимальная случайная погрешность определения хк

будет характеризоваться величиной = тахIр' I, систематическая -

к к

г. N Н

= Е • максимально возможная - (3° = Е I. к 1=1 к к 1 — 1 к

Как показал анализ,, проведенный для случая одного неизвестного

параметра (температуры), точность ее определения не зависит от выбора колебательной полосы зондирующего лазерного излучения, но существенно уменьшается с увеличением- вращательного квантового числа ,1, характеризующего колебательно-вращательный переход. Характерно, что увеличение числа колебательно-вращательных переходов больше 3 не- приводит к существенному увеличению точности определения температуры. Отметим, что в этом случае = О.

Для одновременного определения температуры и концентрации поглощающей компоненты необходимо не только увеличение числа линий Лазера, .зондирующего исследуемую среду, но и расстояния между ними. Для корректного измерения Т и ? достаточно определить показатели поглощения на трех-четырех различных колебательно-вращательных переходах, причем нецелесообразно увеличивать расстояние между крайними из них больше, чем на так как к заметному улучшению

это не приводит, а абсолютные значения показателя поглощения начинают заметно различаться, что затрудняет их измерения с одинаковой

точностью.

Если в исследуемой среде реализованы условия, при которых Т=ТУ1=Туг, то для одновременного определения Т и Туз также достаточно провести измерения а| в одной полосе. При этом требования к выбору используемых линий зондирующего излучения и к их количеству остаются теми же, что и в случае определения температуры и концентрации. При этом значение эт°3 хорошо описывается зависимостью

2 те

з

( в 1 --Т- ' Хз - х1 ]

2 т8

[ ехР (- ~—) (1 " 2Хз> + Х1 ]

Хз - Х, (1 - Хз>

0° ----. (15)

в 2 те

Хз

При дальнейшем увеличении числа восстанавливаемых параметров

исследуемой среды необходимо увеличение числа полос. Однако следует

по возможности исключать полосу ОХ'Х^И'О, так как абсолютные

значения показателей усиления в этой полосе, а следовательно, и

точность их определения существенно ниже, чем в остальных.

Применение источника зондирующего лазерного излучения, работающего

в полосе 0111*11'о , необходимо лишь при одновременном

восстановлении Т, Т„ , Т , т , е в среде с большой степенью *1 2 т3 С°2

колебательной неравновесности. При условии "правильного" выбора полос требования к .числу минимально необходимого числа различных линий зондирующего излучения остаются прежними: ±^¿+2, где j -число восстанавливаемых параметров.

Как правило при лазерной диагностике различных объектов требуется. регистрация большого объема первичной информации, что обусловливает необходимость автоматизации процессов регистрации, накопления и обработки данных. При этом возникает проблема синхронизации импульсов генерации лазера на различных частотах с работой автоматизированных систем сбора и обработки информации, причем наибольший интерес представляет такой режим работы диагностического комплекса, когда импульсы лазерного излучения с нужной длиной волны генерируются по сигналу коммутирующего устройства.

Одна из наиболее удобных оптических схем, на основе которой может быть разработан диагностический лазер с синхронизируемой перестройкой по спектру генерации, может быть реализована за счет

20

пространственно', о внутрирезонаторного разделения с помощью дифрак-циошюй решетки монохроматических пучков при условии обеспечения для них одновременной оптической обратной связи. Эта схема за счет выделения механическими средствами нужных монохроматических лучей позволяет сформировать произвольный спектр генерации в пределах спектра усиления активного элемента без изменения положения элементов резонатора. Перестройка по спектру генерации обычно осуществлялась с помощью внесенного в область пространственного разделения Кучков вращающегося диска со щелью или системой щелей, последовательно пересекавших монохроматические лучи. Следует отметить, что использование в качестве модулятора вращающегося диска затрудняло синхронизацию импульсов генерации с работой регистрирующей аппаратуры и не позволяло осуществлять оперативное изменение "программы" следоваша и длительности лазерных импульсов, которая задавалась геометрией щелей и их распложением на диске.

. В то же время синхронизируемая перестройка по спектру генерации может быть осуществлена при использовании внутрирезонаторного синхромодулятора, например, представляющего собой системы пластин, совершающих под воздействием внешнего сигнала вынужденные колебания одной частоты, причем каждый монохроматический пучок модулируется со своим сдвигом фаз. Для управления спектром генерации лазера с пространственным внутрирезонаторным разделением монохроматических пучков нами был разработан блок модуляции, состоящий из набора пьезокерамических пассивно-активных или магнитожидкостных дефлекторов , каждый из которых помещался вблизи'перетяжек пространственно разделенных и выделенных из всего спектра с помощью диафрагменной маски монохроматических пучков. При этом оказалось возможным осуществлять перестройку с одной линии модуляции на другую за время порядка 5-20мкс при длительности импульса не менее Юмкс. При этом имеется возможность оперативного изменения порядка и частоты следования, длительности импульсов генерации, а также интервала времени между ними. Синхронизацию импульсов генерации с работой внешних измерительных устройств можно осуществлять по питающему пассивно-активные дефлекторы напряжению. Это принципиально важно при автоматизированной цифровой обработке сигналов в случае использования перестраиваемого лазера в составе диагностического комплекса для исследования газовых сред в равновесных и неравновесных условиях,

21

например в рабочих каналах газодинамических, электроразрядных и химических лазеров, за фронтом ударных и детонационных волн, в пламенах и т.д.

Развитая методика, приборное и аппаратное обеспечение для ее реализации были с успехом применены при исследовании колебательной химически-неравновесных сред в газодинамических, химических и электроразрядных лазерных системах, в реагирующих средах и за различными ударно-волновыми образованиями.

Для экспериментального моделирования различных газодинамических процессов в работе широко используются импульсные газодинамические установки, реализующие квазистационарные режимы истечения, поэтому представляет интерес адаптация метода спекл-фотографии применительно к исследованию газовых потоков в таких устройствах. Метод позволяет производить измерение деформации волнового фронта с очень высокой пространственной плотностью, при помощи простого и эффективного алгоритма обработки спеклограмм исследуемого течения, основанного на измерении расстояния между эквидистантными интерференционными полосами Юнга в схеме восстановления. Обработка спеклограммы с помощью метода гространственной фильтрации позволяет оценить или измерить значений.второй производной от функции фазовых искажений по пространственным координатам. Схема.спекл-диагностики не так чувствительна к вибрациям установки, как интерференционные схемы, при этом вклад вибрации в искажение полученных результатов может быть учтен введением дополнительного дифференциального пучка в измерительную схему. Автоматизация процесса обработки результатов в принципе проста и может быть реализована вполне доступными средствами. Перечисленные факторы делают перспективными возможность использования метода спекл-фотографии для экспериментального исследования рабочих сред различных энергбобменных аппаратов.

Для демонстрации высокой эффективности метода при исследовании сверхзвуковых газовых потоков в качестве объекта была выбрана сверхзвуковая турбулентная недорасширенная струя горячего воздуха.

Восстановление поля плотности в струе проводилось по экспериментально определенному методом одноракурсной спекл-фотографии массиву углов наклона волнового фронта к координатным, осям. На рис.6 приведена схема экспериментальной установки.- Начальные условия в

22

Рис.5 Схема экспериментальной установки. 1 - ударная труба, 2 - торцевая пластина с соплом, 3-6 - пьезоэлектрические датчики давления,7 - четырехканальный формирователь импульсов, 8-9 - частотомеры 10 - генератор задержанных импульсов, 11 - блок управления и накачки рубинового лазера, 12 - лазер, 13 - оптическая схема.

форкамере создавались ударной волной, отраженной от торца ударной трубы. Для подсветки был использован рубиновый лазер, работающий в режиме свободной генерации, с длительностью лазерных импульсов 150 мкс. Момент возникновения генерации согласовывался с моментом возникновения режима стационарного истечения из сопла путем установления задержки времени между приходом ударной волны и внешним запускающим сигналом на лазер. Длительность стационарного истечения была как правило в 2,5 - 3 раза больше длительности импульса генерации, что способствовало получению качественных контрастных спеклограмм, т.к. исключало влияние различных переходных режимов истечения за время экспозиции.

Для получения спекл-фотографии начального участка сверхзвуковой недорасши-ренной турбулентной струи горячего воздуха, истекающей в затопленное пространство делалось две экспозиции - одна без объекта, вторая с объектом. Затем проводился поточечный анализ полученных спеклограмм. Тонкий нерасколлимированный луч ла- . зера направлялся на какую-либо точку спекпограммы, при этом освещаются одна или несколько сдвинутых друг относительно друга спекл-пар. Фурье-образом такого спекл-поля будет также спекл-поле, усредненное распределение интенсивности которого в дальней зоне будет иметь вид эквидистантных интерференционных полос Юнга. Измерение расстояния между интерференционными полосами в схеме восстановления позволяет определить начальный сдвиг сп'екл-поля в месте просвечивания

23

Д = / (ДХ)2 + (Ду)2 = LX/M5 (16)

или в проекциях на оси координат

Дх = Д cos (3; Ду = Д sin (3; (17)

где М - оптическое увеличение измерительной системы, l- расстояние между спеклограммой к плоскостью наблюдения интерференционных полос, х- длина волны He-Ne- лазера, *з- угол наклона интерференционных полос к оси у. Угол отклонения лучей определяется соответственно как сх = ДХ/2; Су = Ду/я, (18) где z- координата выхода пучка лучей, образующих спекл в плоскости изображения объектива, из области струи. В каждом сечении струи х = const z определялось как

z = 20 + v/r|x )-у2, (19)

где го(х) - радиус струи в сечении х '= const. Величина го(х) определялась при восстановлении спеклограммы по координате у, при которой наблюдалось полное стирание интерференционных полос в дифракционном гало. При этом, конечно предполагается, что в пределах сечения луча сканирующего лазера сдвиг спекл-поля постоянен. Считывание информации со спеклограммы может производиться с чрезвычайно малым шагом - до 10 мкм. Поэтому точность и объем получаемой экспериментальной информации обусловливает необходимость автоматизации процесса считывания и обработки данных. Так как анализируемые в спекл-фотох'рафии интерференционные полосы имеют всегда "стандартный вид", то вся обработка сводится к определению расстояния между ними и угла наклона относительно одной.из координатных осей.

Как было указано выше, техника спел-фотографии обеспечивает получение интегральной по оси просвечивания информации. Для отыскания локальных характеристик р(х,у,г) необходимо получение данных для нескольких ракурсов просвечивания ¿'использованием затем методов вычислительной томографии. Однако для осесимметричных течений с зависимостью n = п(г) достаточно одного направления. При этом

to

n (г) 1 Г dy dy

= ~ » J 'd2 У у2 - г2 (20)

г

Существенно, что стоящая под интегралом Абеля (20) величина ay/az в методе спекл-фотографии 'находится непосредственно в

24

эксперименте.

С учетом формулы Гладстонз-Дейла и с помощью соотношения (20) было проведано восстановление поля локальных значений углов наклона волнового фронта и плотности (рис.6) для различных поперечных сечений начального участка сзерхзвуковой недорасширенной турбулентной струи. На рис,7 приведены изолинии плотности для всей исследованной области. На представленных зависимостях хорошо видны основные области потока - ядро струи, местоположение висячих скачков уплотнения и периферийная зона между скачками уплотнения и границей.

х а е.2 пп

РШ1Х х у.|/тя*3

мш тт

Рис. 6 Распределение плотности в различных сечениях вдоль оси струи

Рис.7 Линии равной плоткостадаялаейисследованной области

25

Возможности спекл-диагностики разрывных течений значительно расширяются при введении в схему регистрации спекл-поля оптического клина. В этом случае в зоне разрыва значений показателя преломления исследуемого объекта единичный генератор спекл-поля образует в плоскости изображения два скорелированных изображения спекла, смещенных на расстояние

д = (с, " С2)-М-1 = а - (п1 - п2)'М-1. (21)

Здесь а- угол оптического клина,- п1(п2 и е1,е2 - показатели преломления и углы отклонения на клине до и после разрыва соответственно. Таким образом, при известном значении а возможно определение изменения показателя преломления среды при переходе■через поверхность разрыва параметров по одной экспозиции. В случае неизвестного значения угла оптического клина целесообразно проведение двухэкспози-ционной регистрации спекл-поля: первая экспозиция в "базовой" среде с показателем преломления п0, вторая- в исследуемом разрывном течении. При этом углы отклонения до и после разрыва будут составлять

С4 - С0 « «-(п, - п0), (22) .

с2-с0 = а-(пг- по),

а в плоскости изображения будут наблюдаться спекл-поля, смещенные на расстояния Д1 и &г соответственно, связанные соотношением

ЛГ(пг - V - Лг'1п1 - V- (23>

Таким образом на основании выражения (23) можно определить значение

показателя преломления исследуемой среды по одну сторону разрыва ее

параметров, если известно значение п по другую.

Потенциальные возможности спекл-диагностики могут быть расширены и при применении деухдлинноволновой спекл-фотографии.

Так как угол отклонения лучей фазовой неоднородностью определяется выражением:

ар

-йг, (24)

ау

то для длин волн а и а2 разность углов отклонения излучения запишется в виде: х

г ар

с. - с. = (К. - к. ) • — йг. (25)

2 \ 2 ] эу

Тогда 5 = ^де, - tge1 )-1 = (К. - 'К, )• А1 Кг ■ А1 2

ар

- ¿2. (26)

эу

1

Излучение разных длин волн может быть получено с помощью лазера с несколькими рабочими частотами генерации или путем изменения показателя преломления среды, окружающей исследуемый объект.

Отказ от опорной экспозиции снижает требования к помехоустойчивости и позволяет проводить определения фазовых неоднородностей в существенно нестационарных и подверженных внешним воздействиям объектах: в авиационной и космической технике, двигателях, плазменных и лазерных'устройствах, в ударных и детонационных волнах и т.д.

Для целого ряда задач представляется целесообразным проведе ние диагностики в ИК-области. Это относится к исследованию объек тов, прозрачных для Щ,. но непрозрачных для видимого .излучения, течений .газов и жидкостей в различных каналах с окнами, изготов ленными из ИК материалов. Кроме того, при диагностике плазмы чувс твительность оптических методов к электронной концентрации квадра тично возрастает с увеличением длины волны зондирующего излучения.

В работе продемонстрирована возможность прямой реализации методов спекл-фотографии в Щ-области спектра с регистрацией на ме-таллотермопластическом (МТП) носителе, разработанном в НИИ ПФП БГУ им.В.И.Ленина. Носитель состоит из подложки (лавсановая пленка толщиной яДООмкм), тонкой металлической пленки и термопластического слоя. Металлическая пленка, неселективно поглощающая ИК-излученио, используется для записи и нагрева термопластического слоя толщиной «I мкм. В качестве термопластика используется полиэпоксикарбозол. Для регистрации ПК-излучения- носитель нагревают до температуры, близкой к температуре,' при которой происходит "морозная" деформация поверхности термопластика, заряженного до критического потенциала. При экспонировании; подготовленного носителя металлическая пленка поглощает энергию излучения записи и локально, в соответствии с пространственным ее распределением, разогревает термопластический слой.■Локальный нагрев участков' термопластика приводит к возникновению на его поверхности "морозной" деформации за счет действия электростатических сил, причем амплитуда деформаций пропорциональна температуре нагрева. Фиксация записанного таким образом распределе-

27

ния энергии ИК-излучения, происходит вследствие растекания теплового рельефа, сформированного в слое термопластика, и охлаждения носителя. Отметим высокую чувствительность (».10мЦж/смг) и разрешающую способность. («200мм"1) применяемого МТП-носителя. Зарегистрированный нами размер спеклов составлял « 3 и 30 мкм для х=1,06 и Ю.бмкм соответственно. Использование МТП-носителей позволяет расширить применение методов спекл-фотографии в ИК-область спектра при прямой фоторегистрацид спекл-полей. Это открывает возможности диагностики этой техникой ИК-сред, существенно увеличивает чувствительность техники к концентрации электронов при исследованиях плазмы.

В энергообменных аппаратах на жидком топливе его подача как правило осуществляется в виде газокапельной смеси и для оптимизации систем подачи необходимо применение методов диагностики таких потоков. В работе показано, что спекл-техника может быть с успехом применена и для измерения мгновенного поля скоростей частиц в высокоскоростной интенсивной двухфазной струе. Метод двухэкспозиционной спекл-фотографии поля скоростей является двухстадийным процессом. На первом этапе производится двухкратное фотографирование частиц в потоке. Во время первого импуль са лазерной подсветки положение частиц, находящихся внутри лазерного ножа, регистрируется на фотопленке. Частицы движутся в течении времени между первой и второй экспозицией и в момент второго импульса их новое положение фиксируется на той же фотопленке. На втором этапе производится обработка и анализ полученной двухэкспозиционной фотографии (спеклограммы) с целью выделения информации о поле скоростей. Фотография проявляется и контактным способом делается ее копия с целью получения позитивного изображения каждой частицы в потоке. Затем получений позитив помещается в схему восстановления спеклограммы для. анализа интерференционных полос, так как каждая пара сдвинутых частиц при их освещении действует как источник света в интерферометре Юнга.

Для демонстрации работоспособности метода были измерены поля скорости частиц в интенсивной двухфазной водяной струе, истекающей из форсунки. Для подсветки был использован мощный двухимпульсный неодимовый лазер с системой удвоения частоты. Длительность импульсов лазерной подсветки.состовляла 30нс, временная задержка между последовательными импульсами подсветки-зависела от скорости струи и

28

могла варьироваться в пределах от 10нс до 10с. Для уменьшения эффекта вторичного рассеяния расстояние между фотокамерой и водяной струей было выбрано максимально возможным. Точность измерения определялась погрешностью при вычислениии угла наклона и расстояния между интерференционными полосами Юнга и составляла 3%.

х

Рис.8

На рис.8 представлены характерная фотография исследуемой водяной струи, истекающей из форсунки в среду с давлением окружающего воздуха 1 атм и измеренное поле скорости. Как видно, струя состоит из плотного центрального ядра, и капельно-воздушной смеси, окружающей его по переферии. Согласно проведенным микроскопическим измерениям в сечении регистрации струя состоит из водяных капель, размер которых варьируется в пределах от 70 до 500мкм. Поскольку изображение каждой частицы создает интерференционную картину с любой другой частицой, находящейся в области светового пучка восстанавливающего лазера, основные экспериментальные трудности возникали на стадии анализа участков спеклограммы, соответствующих местам с наиболее высокой концентрацией капель. Так как во многих случаях капли даже в такой малой области течения имеют разные размеры и скорости, это приводит к смешению интерференционных полос Юнга, что, как следствие, делает невозможным применение процедуры компьютерного анализа интерференционных полос. Для исключения влияния паразитной интерференции диаметр пучка восстанавливающего лазера был изменен до 0.5мм при одновременном уменьшении сдвига изображений частиц между двумя экспозициями. Интервал времени между двумя экспозициями в наших экспериментах составил Юмкс. В то же время для измерения скоростей водяных капель, размер которых сравним с диаметром пучка восстанавливающего лазера, применялось исскуственное диафрагмирование фотокамеры,

29

кторое позволяло уменьшать размер изображения частиц на спеклограмме. Тем не менее в некоторых наиболее плотных областях изображения двухфазной водяной струи оказалось невозможным применение процедуры восстановления.

(Я)

На рис.9 приведены функции плотности распределения вероятности (ФПРВ) для скорости частиц и угла между вектором скорости и осью У. ФПРВ расчитывались для всей области течения. Как видно, вид функции распределения плотности вероятности для скорости сильно отличается от гауссовского в области высоких значений скорости. По всей видимости это связано с процессами дезинтеграции водяной струи, так как эксперименты проводились на участке ее формирования. В принципе возможно представить функцию распределения вероятности для этого случая, как суперпозицию двух со средними скоростями 20 и 34м/с. Очевидно, что с увеличением расстояния от среза форсунки вниз по потоку профиль скорости водяных частиц должен выравниваться, что приведет к трансформации вида ФПРВ для скорости. Это потверждает динамика развития полной функции распределения для скорости, пост-роеной для различных срезов дфухфазной водяной струи вниз по потоку.

Таким образом метод двухэкспозиционной спекл-фотографии может быть успешно применен для измерения мгновенных двумерных полей скорости частиц в двухфазных струях, истекающих из форсунок. Развитая методика позволяет определять как мгновенные двумерные распределения скорости частиц по всему полю течения, так и его осредненные по времени характеристики. Метод двухэкспозиционной спекл-фотогра-фии дает удовлетворительные результаты даже при измерении скорости в центральной части струи с высокой концентрацией и разбросом частиц по размерам.

Помимо широко развитых в настоящее время методов высокоскоростной фоторегистрации теневой, прямотеневой и интерференционной картины исследуемого течения, в работе развит метод одновременной с фоторегистрацией цифровой регистрации динамики смещения интерференционных полос в некоторых (реперных) точках, на основании которых в последующем восстанавливается поле плотности во всем исследуемом объекте. Метод был апробирован при исследовании поля плотности в

модельной камере сгорания двигательной установки. Была разработана и апробирована схема высокоскоростной покадровой фоторегистрации интерференционной картины с одновременной цифровой регистрацией набега полос в нескольких реперных точках. Этот метод позволяет уверенно регистрировать сдвиг =0,05 интерференционной полосы, что обеспечивает высокую точность определения плотности в фиксированных точках исследуемого объекта. Использование этих точек в качестве реперных при обработке параллельно полученных интерферограмм позволяет определять и поле плотности во всем исследуемом объекте.

В третьей главе изложены применяемые при исследовании различ-• ных энергообменных аппаратов метода экспериментального и теоретического моделирования газодинамических и обменных процессов в них.

» При исследовании физико-химических процессов в высокоскоростных потоках газа, за фронтом ударных и детонационных волн широкое распространение получила техника ударных труб. Привлекательность их использования для указанных целей обусловлена рядом факторов:

- ударная труба позволяет осуществить равномерный по объему нагрев газа до температур от несколько сот до нескольких тысяч градусов в широком диапазоне изменения давления,- генерация в канале ударной трубы плоской ударной волны позволяет реализовать максимально упрощенную газодинамическую картину течения, что, в совокупности с чисто термическим нагревом среды, позволяет сосредоточить -внимание на- исследовании физико-химических процессов в отсутствие каких-либо возмущающих факторов,- возможность моделирования "статических" условий в форкамере стационарных установок путем нагрева рабочей смеси в ударной волне, • отраженной от торца ударной трубы,- простота экспериментальной установки, отсутствие каких-либо систем охлаждения или нагрева рабочих блоков.

Ударно-волновому инициированию детонационных процессов посвящено значительное число как экспериментальных, так и теоретических работ. При анализе результатов этих исследований как правило оперируют такими понятиями как энергия и мощность, подведенные ударной волной к детонирующей смеси. Для падающей плоской ударной волны, являющейся "детонатором", энергия, и мощность, вкладываемые в единицу площади рабочей смеси, определяются простыми выражениями:

-31 .

У » Р -V Д, Е <= ИГ - С.

12 2 II

Здесь рг, и2 - давление и скорость газа за фронтом ударной волны, распространяющейся в камере низкого давления ударной трубы, а -площадь ее.поперечного сечения, г - время ввода энергии. Это время соответствует периоду индукции для .параметров, реализуемых на контактной поверхности х,^ р2). Таким образом необходимым условием инициирования является равенство времени пребывания газа за фронтом ПУВ периоду ивдукции, что, естественно, зависит от интенсивности ударной волны и от длины камеры низкого давления ударной трубы 10. Отметим,'что в этом Случае мощность "детонатора" растет, с увеличением интенсивности ударной волны, а энергия падает, что обусловлено возрастанием температуры, давления и скорости потока за фронтом падающей ударной волны и снижением периода индукции, являющегося спадающей функцией температуры и давления, при росте числа Маха ударной волны.

При инициировании детонации за отраженной ударной волной (ОУВ) подвод энергии к реакционноспособной смеси осуществляется как падающей (в течение времени ti = ¿/у,), так и отраженной (в течение времени гг = ^ - ударными волнами. Здесь -скорость ПУВ, ьл - время инициирования детонации. При этом реакци-онноспособная смесь время находится при значении температуры и давления т , р,, а с - при г , рс и, следовательно, значение «:

2 2 г * 5 о а

лежит в интервале! между х(гг,Рг) и х(т5,р5). Наиболее обоснованным критерием периода индукции в смеси Н2 - 0г является время достижения максимальной концентрации атомарного водорода. Если предпо-. ложить что в этот период концентрация меняется по линейному закону, то легко получить выражение для эффективного периода индукции реакционноспособной смеси, находившейся в течении времени с при значениях температуры и давления т2, р2, а затем при т5, Р5:

г = с-Ц - х(Г5,Р5)/х(Т2,Рг)] + х(Т5,Р5)

Для инициирования за отраженной ударной волной t = а х =

Очевидно, что при г>е,+еРЯ1М,» где £гвах~ максимальное время существования невозмущенных условий за отраженной ударной волной, ■ инициирования детонации не произойдет. Прй ' условии достаточной длины камеры высокого давления ударной трубы для случая идеального газа «^^определяется временем существования ОУВ до ее столкнове-

32

кия с набегающей контактной поверхностью ис) и зависит от характера системы волн, образующихся при взаимодействии этих двух поверхностей (ударная волна, волна разрежения, либо волна Маха). В достаточно широком диапазоне изменения параметров можно считать, что это звуковая волна, тогда легко показать, что:

£г»»,= [ьо/и1'(и1 ~и2+Vя(Т5)!- Где и5 - скорость отраженной ударной волны, а - скорость звука.

Легко показать, что для ударной волны, прошедшей по . заполненной исследуемой смесью камере низкого давления длиной ь и нормально отразившейся от плоского жесткого торца энерговклад отраженной ударной волны составляет ег о- р^т^ь-а/т^р -I. -й. Здесь ^е-^^0/и1-(и1-иг)/(иБ+иг)~ длина пробки сжатого за отраженной ударной волной газа,- р,,^- начальные давление и температура. Очевидно, что инициирование детонации может произойти раньше, чем весь реакционноспособный газ будет сжат за ОУВ иг<1;с), в этом случае падающей и отраженной ударными волнами до момента инициирования ' будет вложена энергия е -е -(Ч/с ) при мощности ввода V и V. =е а соответственно.

г гО г с г 1 ггг

Суммарная же энергия, переданная смеси будет составлять е=е(+бг, а мощность ее подвода - йг=(Е+б )*(е+е )/ьл.

I г I г I г а

Как уже отмечалось выше, возможность ударно-волнового инициирования процесса детонации определяется' не только количеством энергии, 'подведенной к реакционноспособной смеси, но и темпом ее подвода, т.есть мощностью. Если не имеется ограничений по времени подвода (канал имеет достаточную длину), то с уменьшением значения вкладываемой энергии мощность необходимо, увеличивать. В случае же закрытых каналов ограниченной длины на зависимости энерговклада от мощности возникает две зоны (характеризующиеся превалирующим влиянием падающей и отраженной ударных волн) с соответствующим переходным участком. При этом в области, где энергия в основном подводится за отраженной ударной волной при ее уменьшении должна уменьшаться и мощность.

' Экспериментальное моделирование рабочих процессов в знергооб-менных аппаратах проводилась на различных модельных объектах -двигателе внутреннего сгорания, проточных газовых лазерных устройствах, детонационных камерах сгорания - базирующихся, в основном,

33

на импульсных газодинамических стендах на основе ударных труб.'Это позволило проводить экспериментальные исследования в широком диапазоне изменения как структурной схемы.организации процесса, так и состава и термодинамических параметров рабочих сред. Разработка и создание двойной ударной трубы с синхронизируемым принудительным запуском позволило, кроме того, реализовать схему течения со смешением газовых потоков различного состава при различных значениях температуры и давления.

Все газодинамические стенды оснащены автоматизированными системами сбора и обработки данных с временным разрешением 50 нсек, диагностическими системами, включающими лазерное зондирование и регистрацию излучательных характеристик в различных спектральных интервалах, визуализацию поля течения теневыми, интерференционными и спеклгметодами, регистрацию давления с использованием высокочувствительных импульсных измерителей давления. При проведении исследований широко используются быстроперестраиваемые ИК-лазеры, высокоскоростной, до 10е кадров в секунду, фоторегистратор на базе ждущей лупы времени, для проведения прецизионных оптических измерений применяется виброзешитный оптический стол, обеспечивающий шумоподавление на частотах >20Гц. В случае необходимости, на стендах возможно проведение электрофизических измерений с использованием техники плазменных зондов, а также мобильной системы регистрации • проводимости . низкотемпературной плазмы по току импульсного несамостоятельнрго разряда.

Разработанный комплекс аппаратуры включающий в себя установки на основе ударной трубы, автоматизированную систему сбора и обработки экспериментальных данных, может использоваться при изучении процессов истечения, смешения, энергообмена и окисления высокоскоростных потоков. При этом обеспечивается надежная синхронизация запуска и проведение измерений электрических сигналов с различных первичных датчиков с точностью «0,5%.

. Широкое применение газодинамических• устройств со смешением химически- и колебательно-неравновесных сверхзвуковых потоков ^ различных областях науки и техники обуслоэЛшает необходимость разработки методов как экспериментального, так и теоретического моделирования основных рабочих процессов в этих- устройствах. В

34

первую очередь это связано с повышенной трудоемкостью и стоимостью исследований на натурных объектах.

В настоящее время развиты достаточно полные и достоверные математические модели описания различных газодинамических схем течения (включая турбулентное смешение), а также кинетические схемы процессов в химически реагирующих и колебательно неравновесных газовых средах. Однако совместное решение полной системы уравнений химической и колебательной кинетики на фоне решения пусть даже двумерной системы уравнений, описывающих ■газодинамическую структуру течения в реальном (как правило весьма сложном) энергообменном аппарате на доступных вычислительных-средствах представляется проблематичным. Это обусловило наш подход к численному моделированию основных рабочих процессов в исследуемых устройствах - упрощение, в соответствии с характерными временами протекания различных процессов, либо схемы химической кинетики, либо кинетической схемы колебательно-колебательного и колебательно-вращательного энергообмена, либо газодинамической схемы течения с обязательной проверкой .степени адекватности развитой модели на основании сравнения с результатами экспериментального моделирования.'

Как правило, схема расчета параметров рабочей смеси, полученной в результате смешения химически- и колебательно -неравновесных потоков состояла из трех основных этапов. При этом на первом и третьем этапах предполагается численное решение дифференциальных уравнений, описывающих течение релаксирующей смеси газов на соответствующем участке газодинамического тракта, а на втором - решение трансцендентных уравнений, полученных при нуль-мерном рассмотрении задач об ударно-волновом взаимодействии сверхзвуковых струй, истекающих из соседних каналов устройства, и дополнительном расширении их до сечения конечного участка газодинамического тракта, в котором происходит смешение.

Нами была развита, основанная на интегральных законах сохранения массы,- импульса и энергии смешивающихся газовых потоков, записанных для'объема газа, ограниченного стенками канала и двумя сечениями, первое из которых., представляет сечение среза смесительного устройства (компоненты.разделены), а второе - сечение, в

35

котором компоненты полностью перемешаны до молекулярного уровня, модель "мгновенного" смешения. Она позволяет определить параметры конечного состояния смеси, однако динамика перехода компонентов из начального неперемешанного в конечное перемешанное состояние оказывается в этом случае неизвестной. Не смотря на это, в случае когда характерные газодинамические времена (в данном случае -время перемзшивашш компонент) меньше времен релаксации или химических реакций эта модель не только качественно, но и количественно хорошо коррелирует с результатами экспериментальных исследований. При этом, благодаря сравнительной простоте и быстродействию, она позволяет осуществлять оперативный анализ результатов экспериментов, . прогнозировать рабочие характеристики различных газодинамических устройств со смесительными модулями и с высокой степенью достоверности анализировать работоспособность разнообразных конструктивных схем энергообменных аппаратов. С ее применением нами не только были проанализированы различные варианты С02-газсдннамических лазеров .с селективным тепловым возбуждением и смешением е сверхзвуковом потоке, в том числе и двухстадийном, но и продемонстрирована высокая эффективность СО-ГДЛ на смешении, а также предложены конструктивные решения для реализации лазерных устройств на продуктах сгорания и с химически активными рабочими средами.

Если в моделируемом устройстве характерные газодинамические времена сравнимы с временем энергообмена необходимо проведение учета конечности длины зоны смешения обменивающихся компонент.

Квазиодномерная феноменологическая модель смешения (так называемая модель "неплотной трубки тока") дает возможность в некоторых случаях удовлетворительно описать имеющиеся экспериментальные результаты. Уравнения модели "неплотной трубки тока" получают из уравнений сохранения (одномерные стационарные уравнения Эйлера), записанных для трех "трубок тока" - ядер первого и второго компонентов и зоны смешения - в предположении наличия обмена массой между ними. Приведение системы к нормальному виду обычно проводилось при допущении, постоянства всех параметров в ядрах обоих компонентов, т.е. уравнения неразрывности, движения и-, энергии для ядер не рассматривались. Действительно, это позволяет значительно упростить как промежуточные выкладки, так и конечную систему урав-

36

нений. Однако при этом нарушается консервативность системы, что существенно ограничивает рамки применения модели для анализа рабо-. чих процессов в энергообменннх аппаратах. Кроме того введенное допущение приводит к условию постоянства поперечного сечения канала, в котором происходит смешение. Нами исходная система уравнений была приведена к нормальному виду при сохранении предположения о.равенстве давления з поперечном сечении всех трех "трубок тока" и без принимаемого ранее основного допущения.

Таким образом, полученная на основе законов сохранения консервативная система уравнений, описывающая совместное течение трех "трубок тока" (ядер смешивающихся компонентов и зоны перемешанного потока между ними) и представляющая собой развитие модели "неплотной трубки тока" и развитая модель "мгновенного смешения" позволяют значительно расширить возможности анализа различных схем смешения и проводить не только качественные, но и количественные оценки рабочих характеристик различных энергообменных аппаратов в широком диапазоне изменения газодинамических параметров, а также составов рабочей среды.

В четвзртой главе приведены результаты исследования различных вариантов инициирования детонационного сгорания топливо-воздушных и топливо-кислородных газовых смесей - электровзрывного, электроразрядного, струйного и ударно-волнового? определены условия их реализации.

Для выяснения возможностей применения явления локального повышения параметров при отражении плоской ударной волны от вогнутых осесиммвтрйчных и двумерных поверхностей в качестве инициатора детонационного сгорания рабочей смеси был проведен сравнительный анализ результатов экспериментального и численного моделирования этого процесса. Численное моделирование проводилось модифицированным методом "крупных частиц". Экспериментальные исследования с осесимметричной моделью проводились на импульсном газодинамическом стенде, основу которого составляла двухдиафрагменная ударная труба с нестационарным расширением потока. Процедура численного моделирования была подобна натурному эксперименту, при этом сопоставление показаний экспериментальных и "численных" датчиков давления позволяло синхронизировать развитие процесса, а представление данных в графическом виде для давления, плотности, температуры и ло-

37

кальных чисел Маха, а также векторного поля скоростей с последующей их обработкой аналогично применяемым экспериментальным методам оптической диагностики позволило провести не только качественный, но и количественный анализ картин течения. Сопоставление экспериментальных и "численных" регистрограмм давления на дне сферической и цилиндрической полузамкнутой полости свидетельствует о том, что разработанная теоретическая модель адекватно описывает процесс отражения плоской ударной волны от вогну!их криволинейных поверхностей. Это позволяет восстановить поле скорости течения газа, а также поля давления, температуры й плотности среды в исследуемой области.

Комплекс проведенных исследований позволяет описать общую структуру течения при этом, существенно неадномерном, процессе. Анализ картин течения на осноаа-ний экспериментальных данных и результатов численного моделирования показыва-ет, что отражение плоской первичной ударной волны от цилиндрической и сферичес-кой полостей имеет одинаковую качественную структуру и различается в основном количественными данными, характеризующими экстремальные значения параметров. Для сферической полости эти значения заметно выше (рис. 10), что объясняется большим сжатием среды при натекании в полость на первом этапе отражения.

2.0 1.б

Р*/Р5

14

12 -,-,-,- 1-1-,-,-—,-

1.0 1.5 2.0 25 10 и и -м и 3.0

М М

Рис. 10 Зависимость степени фокусировки плоской ударной волны, отражающейся от . вогнутой цилиндрической (а) и сферической (б) полузамкнутой полости от чила Маха

В ходе проведения экспериментов по ударно-волновому инициированию определялась минимальная интенсивность ударной волны, инициирующей детонационный режим сгорания исследуемой смеси. Очевидно, что условия возникновения детонации определяются не только величиной энергии, вкладываемой в реакционноспо-собный газ, но и временем энерговклада, то есть мощностью. В связи с тем, что при исследовании ударно-волнового инициирования детонации в отделенной тонкой диафрагмой камере задача является многопараметрической (интенсивность ударной . волны, начальные давления и составы газов в камерахни!)кого, промежуточного и высокого давления, длины соответствующих камер ударной трубы и т.д.) в дальнейшем будем оперировать двумя характеристиками - энергией и мощностью, подводимыми к исследуемой смеси, которые, в свою очередь, однозначно определяются пе-

38

f

речисленными выше параметрами.

Е, 1/га>/Ра

V, »V/ю '/?•

1*

-

V

2 \ \о

\ 1

V

\ Ь

\

N

20 45 Н

Р, кРя

150

Е, Ы/тг

V/, ЪЧ/тг

100-

50

а

V 2

\ в

о- Е 1

в- v . з 5.. 3

0.0

0.5

1.0 а

2.5

га

У 1.5 1.0 05 0.0

1.5'

2.0

Рис.11 Зависимость минимальной энергии и мощности ударно-волнового "детонатора", приводящих к детонационному режиму сгорания водород-кислородной смеси от начального давления (А) (1,3 - нормальное отражение, 4 - отражение от сферической полости) и коэффициента избытка окислителя (Б).(2: оксид углерода, 3-ацетилен)

Как следует из приведенных на рис.11 зависимостей, кривизна отражающей поверхности существенно снижает как энергетические, так и мощностные пределы

39

и

я

1*

о

возникновения детонационного режима сгорания. Снижение пределов возникнове-ния детонации при увеличении концентрации кислорода в водород-кислородной смеси (рис.11 Б) согласуется с результатами других авторов. Сравнительный анализ стехиометрических смесей ацетилена, водорода и оксида углерода с кислородом показывает, что для инициирования детонационного режима сгорания последней затраты максимальны, а первой - минимальны.

При отражении плоской ударной волны от вогнутой цилиндрической поверхности пиковое значение давления на ее дне существенно превышает значение давления, соответствующее нормальному отражению от плоской стенки (рис.12). При этом, для нереагирующих сред, начиная с М= 2 дальнейшее увеличение числа Маха падающей ударной волны не приводит к существенному изменению степени фокусировки. Д ля химически реагирующих смесей эта зависимость имеет принципиально иной харак-

т , шк!

19 2.0 2.1 22 23 ■ 2.4

Рис.12 Зависимость степени фокусировки для воздуха и стехиометрической водород-кислородной смеси (А), а также задержки воспламенения (Б) от числа Маха

тер (рис.12). При числе Маха меньшем двух наблюдается рост Р„ / Р, с увеличе-нием М, как и в случае нерёагирующего газа, однако дальнейшее увеличение числа Маха приводит к резкому снижению степени фокусировки, которая достигает мини-мального значения при М=2.19, что, по-видимому, обусловлено затратами энергии сфокусированной ударной волны на инициирование химических реакций. При дальнейшем увеличении числа Маха степень фокусировки постепенно возрастает, что связано с развитием реакции в области за отраженной ударной волной, а, начиная со значения М=2.27 происходит резкое увеличение степени фокусировки, обуслов-леннов инициированием детонации непосредственно а газодинамическом фокусе. Это подтверждается результатами высокоскоростной фоторегистрации. Приведен-ная на рис.12Б.зависимость задержки воспламенения (момент времени между пер-вым и вторым пиками давления, регистрируемыми на дне полости) от числа Маха позволяет выделить несколько характерных зон. В зоне I воспламенение происходит за фронтом отраженной ударной волны с существенной задержкой и в этом случае детонационная волна движется к полузамкнутой полости по почти непрореагировав-шей смеси. Увеличение числа Маха падающей ударной волны до 2.16 (зонаИ) приводит

40

к снижению задержки воспламенения до десятков микросекунд, что обусловлено развитием зоны реакции уже при формировании отраженной ударной волны в полузамкнутой полости (рис.13). В этом случае при 1=237мкс в канале начинают распространяться две системы детонационных волн - одна, движущаяся в прямоугольном канапе по газу, нагретому и сжатому лишь за фронтом падающей ударной волны и схлопывающиеся детонационные волны, распространяющиеся по газодинамической структуре реагирующего газа, образовавшейся при отражении ударной волны от вогнутой криволинейной поверхности.

Рис.13 Регистограммы изменения давления на дне ПЗП и в 57,5мм от него и фрагменты покадровой фоторегистрации ударно-волнового инициирования детонации в стехиометрической водород-кислородной смеси М=2.165.

Дальнейшее увеличение интенсивности ударной волны приводит к снижению задержки воспламенения до микросекунд (рис.12), при этом детонационный режим сгорания инициируется непосредственно в зоне газодинамической фокусировки.»

В работе исследован процесс взаимодействия встречных сверхзвуковых импульсных струй в полузамкнутой циллиндрической полости (ПЗП) для случая нормального вдува и вдува под углом к оси канала. Проведена численная оптимизация геометрии конструкции с точки зрения получения максимального прироста пиковых термодина-

41

мических параметров на дне ПЗП. Приводятся также результаты исследования процессов взаимодействия схлопывающихся сверхзвуковых струй с набегающей плоской ударной волной.

Характер отражения головных ударных волн от циллиндрической ПЗП приобретает отчетливо выраженный вид простого маховского отражения (рис.14).

, " 1

|Д .Т • ' Ш <1

Рис. 14 Фрагменты прямотеневсй покадровой фоторегистрации процесса взаимодействия встречных сверхзвуковых струй при нормальном вдуве в цилиндрическую полузамкнуту ю полость

Газодинамическая фокусировка тройных маховских конфигураций, образовавшихся при взаимодействии головных ударных волн с полостью, а также с областью повышенных параметров на оси канала, происходит практически вблизи дна ПЗП. Это приводит к импульсному повышению давления на ее дне. Отношение пикового значения давления к давлению в форкамере, осредненное по шести экспериментам со степенью нерасчетности струи 13.3 -15.5, оказалось разным I ± 0,07 , что находится в хорошем соответствии с результатами численного моделирования.

В результате проведенных исследований установлено, что степень фокусировки схлопывающихся сверхзвуковых струй, взаимодействующих с полузамкнутыми полостями может быть существенно повышена при уменьшении глубины ПЗП, при отнесении сечения вдува от среза ПЗП, а также при изменении угла наклона струи к оси ПЗП. Продемонстрирована принципиальная возможность использования импульсных звуковых кольцевых струй в качестве газодинамического "затвора" с регулируемой прозрачностью для ударных и детонационных волн. Как свидетельствуют результаты экспериментов, степень ослабления набегающей ударной волны в основном зависит от начального перепада давления между форкамерой кольцевой струи и каналом удар-ной трубы, т.е. от расхода вдуваемого газа, основной вклад в ослабление распространяющейся ударной волны вносит процесс взаимодействия с образовавшейся в зоне вдува газодинамической структурой. ,

Было установлено, что степень газодинамической фокусировки головных ударных волн для случая нормального вдува импульсных сверхзвуковых струй является недостаточной для непосредственного инициирования детонации вблизи дна ПЗЦП. При

42

взаимодействии наклонных сверхзвуковых струй стехиометрической водород-кислородной смеси с ГОШ были реализованы режимы струйного инициирования детонации. Было установлено, что реакции горения начинаются в области между контактной поверхностью и диском Маха сверхзвуковой струи, причем к моменту фокусировки пространство вокруг газодинамического фокуса1 окружено уже практически реагирующей смесью. Детонационная волна образуется за вторичной ударной волной в области основного канала экспериментального модуля. Отметим что по аналогии с экспериментальными результатами по измерению степени фокусировки падающей ударной волны в сферической и цилиндрической ПЗП следует ожидать ее существенного увеличения для случая кольцевой осесимметричной струи, что позволит реализовать инициирование детонации при охлопывании встречных сверхзвуковых струй на дне сферической ПЗП. При' реализации режима истечения струй заранее подготовленной реакционноспособной смеси следует особое внимание уделять оптимизации геометрии подводящих каналов.

Исследованы возможности электровзрывного и электроискрового инициирования детонации в ПЗП. Установлено, что для повышения эффективности энерговклада в газ необходимо использовать взрыв проводника, длина которого максимальна, но еще недостаточна для реализации режима с паузой тока. В результате проведенных исследований было установлено, что как и при ударно-волновом инициировании, для стехиометрической водород-кислородной смеси пределы электровзрывного инициирования детонации снижаются при увеличении содержания кислорода в смеси (Ер=40,5Дж при д=1 и 24,5Дж при а=2). Для стехиометрической ацетилено-кислородной смеси не только существенно ниже пороговое значение энерговклада для инициирования детонации при взрыве проводника (12,5Дж), но и возможно инициирование чисто-электроразрядным способом (Ер=125мДж).

Для реализации электроискрового инициирования детонации в водород-кислородных смесях была предложена схема осевого форкамерно-го инициирования, при этом детонация инициировалась в небольшом объеме и затем реинишировалась в основной камере сгорания. Наиболее эффективной оказалась схема соединения форкамеры с основной камерой посредством серии отверстий, обеспечивающая многоочаговое регапшиирование детонационного сгорания. В таблице приведены

43

результаты определения критического значения электрической энергии инициирования детонации в зависимости от начального давления смеси СгНг+2,50г для двух объемов форкамеры.

Р0. атм 1,16 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Б^р, д* горение 0,1 . 0,125 0,14. 0,165 горение

у=в сн3

Е™, Дж 0,025 0,03 0,04 0,05 0,07 0,13

у=2,2 см3

Уменьшение значений ЕКр с уменьшением объема форкамеры может быть обусловлено тем, что волна горения, отраженная от стенки камеры, догоняет волну горения, распространяющуюся в сторону сферической ПЗП, и увеличивает ее интенсивность до величины, реализующей переход горения в детонацию. При соединении камер одним отверстием измеренные значения минимальной энергии инициирования детонации не зависят от начального давления в диапазоне 1,2атмаРоз2,0атм и равны е-0,45+0,6Дж. Отметим, что при Р0=2атм значения минимальной энергии инициирования детонации в сферической полости при форкамерном поджиге и. взрыве проводника почти совпадают и равны Екр=0,125+0,13 Дж.

Проведенные .исследования показывают, что использование форка-мерного поджига для инициирования детонации в сферической полости позволяет реализовывать детонационное горение в диапазоне начального давления смеси 2С2Н2+502 1.15ати*Р0*2.оатм при значениях минимальной энергии поджига 0,025ДжФЮ,13Дж. Отметим, что предельные значения энергии совпадают с результатами других авторов.

Одним из недостатков схемы осевого форкамерного инициирования является наличие переходной области, которая характеризуется отсутствием детонационной волны в ней. Значительные размеры этой области, или зоны развития детонации, снижают эффективность работы детонационных камер сгорания- Эти недостатки устраняются при использовании кольцевой форкамеры. В работе рассмотрены два варианта инициирования: прямой' и .инвертированный. При инвертированной схеме организации рабочего процесса предполагается, что поджиг реак-цйонноспособной смеси осуществляется со. стороны выходного сечения Камеры сгорания и детонационная волна распространяется к ее дну. При прямой схеме инициирования поджиг осуществляется у дна камеры

44

и детонационная волна распространяется к выходному сечению.

Форкамера представляет собой кольцевой зазор шириной 5-10"3м и длиной 6,5-10"^ с поджигающим электродом. Как известно, введение в кйнал турбулизирующих систем позволяет существенно сократить длину предцетонационного участка. Поэтому для реализации симметричного поджига на внутренней поверхности кольцевой камеры была изготовлена спираль толщиной 1мм с шагом Змм. Временная эволюция давления регистрировалась калиброванными пьезоэлектрическими датчиками давления, установленными на выходе из кольцевого канала и в торце исследовательского блока. Объем, заполненный исследуемой смесью отделялся от окружающей атмосферы разделительной диафрагмой. В качестве поджигащего использовался электрический разряд с энергией ёп=0,165 Дж длительностью тр-1мкс. Следует отметить, что оптимизация по энергии поджига не проводилась.

Сравнительный анализ регистограмм, соответствующих реализации прямой и инвертированной схем инициирования детонации с помощью осесишетричной кольцевой форкамерн при одинаковых начальных условиях демонстрирует реализацию существенно более высоких значений давления в случае последней, что подтверждает выводы х главы о преимуществе инвертированной схемы инициирования. На рис.23 приведены временные зависимости зарегестрированных в наших экспериментах импульса, переданного конструкции детонирующей смесью, средней силы, действующей на конструкцию й удельного импульса тяги при давлении окружающей среды 0 и 1атм (цифры у кривых) для прямой и инвертированной схем инициирования. В связи с тем, что в силу конструктивных особенностей площадь дна камер сгорания в обоих схемах несколько отличается (60.79смг для прямой и 45.34смгдля инвертированной) значения импульса и средней, силы были отнормированы на единичную площадь. '

Как видно, все силовые и тяговые характеристики инвертированной схемы организации рабочего процесса в двигателе детонационного сгорания существенно выше, чем в прямой. При этом различие максимально на временах 50 -150мкс. Это означает, что при дальнейшей проработке конструкции двигательных установок следует обратить внимание на возможность реализации- укороченных камер сгорания, в которых процесс передачи импульса от сдетонировавшей смеси конст-

'45 ■

а

б

Ыс

Шс

рукции завершался бы за эти времена. Следует акцентировать внимание на том, что приведенные . здесь значения импульса, средней силы и удельного импульса тяги обусловлены лишь перепадом дав' ления; реактивная же составляющая не учитывается.

В заключение отметим, что приводимые здесь значения относятся к части моноцикла детонационного двигателя, включающей этапы инициирования и распространения в камере сгорания детонационной волны,а Рис. 15 также выхлопа прореагировавшей

смеси. Очевидно, что при рассмот-рении характеристик всего рабочего цикла, включающего также этапы продувки и за-полнения, существенно изменится его время, однако инвертированная схема иници-ирования более предпочтительна и с точки зрения сокращения общей длительности полного цикла.

46

. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ и-РЕЗУЛЬТАТЫ I. Развита предложенная Р.М.Пушкиным, А.И.Тарасовым и В.А.Левиным концепция двигательного устройства детонационного сгорания.

I. I Проведены исследования различных вариантов инициирования детонационного сгорания топливо-кислородных газовых смесей - электровзрывного, электроразрядного, струйного и ударно-волнового,-определены условия.их реализации.

1.2. Исследован процесс инициирования детонации при фокусировке ударных волн. Установлено, что кривизна отражающей поверхности снижает как энергетические, так и мощностные пределы возникновения детонационного режима сгорания. Показано, что пределы возникновения детонации снижаются при увеличении давления рабочей смеси и ■ концентрации кислорода в водород-кислородной смеси.

1.3. Показано, что задержка воспламенения и степень газодинамической фокусировки в химически реагирующих газовых смесях немонотонно изменяются с изменением интенсивности ударной волны, что обусловлено реализацией различных схем иницииирования детонационного режима сгорания.

1.4. Установлено, что степень фокусировки схлопывающихся сверхзвуковых струй, взаимодействующих с вогнутыми полузамкнутыми полостями может быть существенно повышена при уменьшении их глубины, при отнесении сечения вдува от среза полости, а также при изменении угла наклона струи к оси полузамкнутой полости. Показана возможность использования импульсных кольцевых струй в качестве газодинамического затвора с регулируемой прозрачностью для ударных и детонационных волн.

1.5. Исследованы процессы инициирования детонации при взаимодействии встречных сверхзвуковых струй. Показано, что . степень газодинамической фокусировки головных ударных волн для случая нормального вдува импульсных сверхзвуковых струй является недостаточной для непосредственного инициирования детонации вблизи дна цилиндрической полузамкнутой полости. Определены условия реализации детонационного . режима сгорания . при взаимодействии наклонных сверхзвуковых струй.

1.6. Реализовано осевое форкамерное инициирование детонации при минимальной энергии электроискрового поджига ■ 25 мДж.

1.7. Проведен сравнительный анализ прямой и инвертированной

47 '

схем инициирования детонации с применением осесимметричной кольцевой форкамеры. Установлено, что силовые и тяговые характеристики при инвертированной схеме организации рабочего процесса в двигателе детонационного сгорания существенно выше,-чем в прямой. Зарегистрировано значение удельного импульса тяги 300 с.

2. Разработаны И апробированы при исследованиях некоторых газодинамических схем организации течения в различных модельных объектах (двигателе внутреннего сгорания, проточных газовых лазерных устройствах, детонационных камерах сгорания) методы диагностики химически-.и колебательно-неравновесных газовых потоков.

2.1. Развит метод лазерного зондирования исследуемых молекулярных . сред в различных спектральных интервалах. Установлены границы его применимости, предложены варианты, позволяющие реализовывать одновременное определение поступательной и колебательных температур, давления и концентрации поглощающего (усиливающего) компонента.'

2.2. Реализован, метод одновременной с фоторегистрацией цифровой регистрации динамики смещения' интерференционных полос в . некоторых (реперных) точках, на основании которых в последующем восстанавливается поле плотности во всем исследуемом объекте.

2.3. Предложены и реализованы модификации спекл-диагностики -двухдлинноволновая спекл-диагностика, одноэкспозиционная спекл-фо-тография с -внесенным клином, а также спекл-диагностика в инфракрасном спектральном диапазоне, существенно расширяющие возможности этого диагностического метода.

2.4. С применением развитых методик, приборного и аппаратного обеспечения для их реализации проведены исследования колебательно-и химически-неравновесных сред в газодинамических, химических и электроразрядных лазерных системах, в реагирующих средах, за раз- ными ударно-волновыми и струйными образованиями.

л. Развиты методы экспериментального и теоретического •моделирования газодинамических и энергообменных процессов в энергетических установках.

3.1. Разработан комплекс аппаратуры^* включающий в себя установки- на основе ударной трубы, ■ автоматизированную систему сбора и обработки экспериментальных данних, использованный при изучении процессов истечения,' смешения, энергообмена и окисления

48

высокоскоростных потоков.

3.2. Разработана и создана двойная ударная труба с синхронизируемым принудительным запуском, позволившая проводить экспериментальные исследования в широком диапазоне изменения как структурной схемы организации процесса, так состава и термодинамических параметров рабочих сред, в том числе со смешением газовых потоков различного состава при различных значениях температуры и давления. ( -

3.3. Развита математическая модель для описания рабочих процессов в химически реагирующих и колебательно неравновесных газовых средах при различных газодинамических схемах организации течения.

ЛИТЕРАТУРА," ОПУБЛИКОВАННАЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ■

1. О.В.Ачасов, С.А.Лабуда, Р.И.Солоухин, Н.А.Фомин. О диагностике молекулярных состояний углекислого газа по резонансному поглощению излучения С02~лазера. - Доклады АН СССР, 1979, т. 249, n6, с. 1353

2. О.В.Ачасов, С.А.Лабуда, Р.И.Солоухин,- Н.А.Фомин. Определение вращательной и колебательной температур с использованием перестраиваемого С0г-лазера. - Физика горения и взрыва, 1979, n6, с.57-64.

3. О.В.Ачасов, H.H.Кудрявцев, С.С.Новиков, Р.И.Солоухин, Н.А.Фомин. Дагностика неравновесных состояний в молекулярных лазерах. - Минск, Наука и техника, 1985,, 208 е., ил.

4. O.V.Achasov, N.A.Fomin, S.A.Labuda, D.S.Ragozin, R.I.Solouk-hin. Laser diagnostics of molecular states in nonequilibrium gas flows. - Experiments in fluids, 1985, v. 3, N4, p.190-196.

5. Ачасов O.B., Фомин H.A., С.И.Шабуня. Анализ погрешностей определения параметров лазерно-активных сред по спектральному распределению усилительных характеристик.- Кв. электр,, 1985. - т.12, n9, с.1838-1845; Препринт ИТМО АН БССР, n19, Мн., 1984, 22 с.

6. О.В.Ачасов, С.А.Лабуда. Модифицированная методика определения Населенностей колебательных уровней с использованием перестраиваемого С02-лазера. - Сб.| "Неравновесные процессы в газовой динамике", Мн., ИТМО АН БССР, 1983, с.121-132. .

7. Ачасов О.В., С.А.Лабуда, Д.С.Рагозин, С.И.Шабуня. Лазерная диагностика молекулярных состояйий. - Сб. "Физическая газодинамика: экспериментальное моделирование и диагностика"-Мн. 1985, 30-55

49

8. Ачасов O.B.,' М.Н.Ролин, Н.А.Фомин. Анализ возможностей диагностики среды по результатам измерения резонансного поглощения. - Деп. в ВИНИТИ 24.08.88 г. n 6703-588, ЖПС, т.50, ni.

9. Ачасов О.В., Фомин H.A. Эффекты насыщения при распространении импульса излучения в резонансно-поглощающих средах, - Б кн.: Особенности процессов тепло- и массообмена. Мн., 1979, с.72-77.

10. Ачасов О.В., Фомин H.A., Шабуня С.И. Численное моделирование переноса насыщающего излучения в резонансно-поглощающей среде. -Мн., 1984. - (Препринт/ИТМО АН БССР, n 13).

11. Ачасоа О.В., Солоухин Р.И., Фомин' H.A. Диагностика газовых потоков с применением резонансного поглощения. - Мн., 1981. - 48с. (Препринт/ИТМО АН БССР, n 8).

12. Ачасов О.В., Солоухин Р.И., Фомин H.A. Резонансное поглощение в углекислом газе.: х. Теория и элементарные процессы. - Мн., 1982; - (Препринт/ИТМО АН БССР, n 8).

13. Ачасов О.В,.Е.И.Лавинская, Н.А.Фомин. Резонансное поглощение в углекислом газе|.П. Полоса 00°1-10°0 (10,4 мкм). - Препринт ИТМО АН.БССР, Мн., 1987, n 8. - 48 с.

14.- Ачасов О.В., Лавинская Е.И. Резшансное поглощение в углекислом газе| Ш. Полоса 01*1'- Il'O (10,4 мкм). - Препринт ИТМО АН БССР, Мн,, 1987, n 30. - 44 с.

15. Ачасов О.В., Лавинская Е.И. Резонансное поглощение в углекислом газе| iv. Полоса 00°2-10°1 (Ю,4мкм). - Препринт ИТМО АН БССР," Мн., 1989, n 14, 42с.

16. О.В.Ачасов, -С.Де Бенедиктис, С.А.Лабуда, А.Н.Ознобишин, Н.А.Фомин. Резонансное поглощение в углекислом газе | экспериментальные • исследования. -'.Сб. |"Проблемы взаимосвязанного тепло- и массопереноса", Мн., 1989, с.84-87.

17. О.В.Ачасов, Р.И.Солоухин,' Н.А.Фомин. Резонансное ( 10,6 мкм) поглощение пропана,- нагретого в ударной волне. Журнал прикладной спектроскопии, 1978, т. 28, в. 4, с. 642-648; Сб. "Проблемы тепло-и массообмена -77", Мн., ИТМО АН БССР, 1977, с.87-89.

18. Ачасов О.В., Рагозин Д.С. Исследование процессов поглощения излучения С0г-лазбра молекулами n20.- Сб.| "$еплофизйческие процессы в энергетических.установках" Мн, ИТМО АН БССР, 1982, с.12-15. -19. Achasov О.V., Fomin N.A., Labuda S.AV, ^agozirí D.S., Soloukhin R.I. Laser Diagnostics of Molecular States in-Non-Equilibrium Gas

■"'-'''- 50

Flow. - In Book of Abstracts IUTAM Symposium on Optical Methods in the Dynamics of Fluids and. Solids. Czechoslovak Acad.of Sci., Czechoslovakia, 1984. p.14; In Book "Optical methods in dynamic of fluids and solids", Springer-Verlag, Berlin, Heiderberg, 1985, 95 v 20. Achasov O.V., R.I.Soloukhin, N.A.Fomin, D.S.Ragozin. Shock tube laser diagnostics of inversed C02-containing gas flows. Book of Abstracts. XV Int. Symposium on Shock Tubes and Waves, Univ. of'California, Berkeley, USA, 1985, p.82.

21. О.В.Ачасов, П.А.Витязь, С.А.Лабуда, С.В.Попко, С.Сивец, Н.А.Фомин, В.К.Шелег. Пористые смесительнные устройства для газодинамических лазеров с селективным тепловым -возбуждением. -Инженерно-физический журнал, 1979, т. 38, n 6, с. 989-993.

22. О.В.Ачасов, Н.А.Фомин, А.С.Борейшо, А.Н.Быков, В.Ф.Лебедев,

A.В.Морозов, С.А.Лабуда, Д.С.Рагозин, Р.И.Солоухин. Новый сопловой блок сотовой конструкции для ГДЛ. - ЖТФ, 1984, т.54, в.9, 1824.

23. О.В.Ачасов, Н.А.Фомин, А.С.Борейшо, А.М.Быков, С.А.Лабуда,

B.Ф.Лебедев, А.В.Морозов, Д.С.Рагозин, Р.И.Солоухин. Исследование усилительных характеристик С02-ГДЛ с сопловыми блоками сотовой конструкции. - Препринт ИТМО АН БССР, Мн., 1984, n 18. - 23 с.

24. Achasov O.V., A.S.Boreisho, N.A.Fomin, R.I.Soloukhin. Mixing gasdynamic lasers| numerical modelling, experiment, diagnostics, problems. - Proc. VII Intern. Symposium 6n Gas Flow and Chemical Lasers, Vienna, 1988. p.26.

25. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, А.Н.Ознобишин, Д.С.Рагозин, М.Н.Се-ряков. Исследование усилительных характеристик С02-ГДЛ с двухста-дийным расширением. - Препринт ИТМО АН БССР, Мн., 1990, n 2, 25с.

26.' Ачасов О.В., С.А.Лабуда, Д.С.Рагозин, А.И.Рашевский, Э.Л.Спектр, Н.А.Фомин, К.М.Хритов. Получение инверсной среды при сверхзвуковом смешении высокотемпературного дисульфида углерода с кислородом. - Сб. | "Тепло-й' массоперенос| итоги и перспективы", Мн., ИТМО АН БССР, 1985, с.83-86. '

27. О.В.Ачасов, Я.Блага, А.Н.Ознобишин, Д.С.Рагозин, Н.А.Фомин. С02-ГДЛ на смешении с образованием излучающих молекул ' в реагирующей смеси С0-02-Н2. - Инженерно-физический журнал, 1990, т.59, n 5, с. 840-845.

28. Achasov O.V., G.Sliwinski, J.Konefal, S.A.Labuda, N.A.Fomin. Infrared spectrography of the active medium in a high-power

51

J02laser. - Proc. VII Intern. Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers, Vienna, 1988, p.45; In book "Fourth Int. Conference on Infrared Physics" /Ed. by R.Kesselring, F.К.Kuenbuhl. - Zurich, Switzerland, 1988, p.512.

29. О.В.Ачасов, Я.Конефал, С.А.Лабуда, Г.Сливинский, Н.А.Фомин. Лазерная диагностика рабочей среды электроразрядного С02- лазера с замкнутым контуром прокачки. - ИФЖ, 1990, т. 58, ы 5, с. 778-763.

30. Achasov О.V., N.A.Fomin, R.I.Soloukhin.' Diagnostics technicJueB of nonequilibrium molecular states in reacting flows. Proc. X Intern. Colloquium on Dynamics 'of Explosions and teact'ive Systems, Univ. of California, Berkeley, DSA, 1985/ p. 2.

31. Achasov O.V., Labuda S.A., Ragozin D.S., Soloukhin R.I., Fomin N.A. Tuner laser diagnostics of vibrational C02 molecular levels in combustion. - Proc. of Vill-th. Int. Symposium on combustion processes, Jablonna, 1983, p.14.

32^ Ачасов O.B., Лабуда C.A., Рагозин Д.С., Фомин Н.А. Лазерный спектрограф для диагностики неравновесных газовых потоков. - Мн., 1984. - 15 с. (Препринт/ИТМО АН БССР, N 17).

33.. О.В.Ачасов, С.А.Лабуда, 0.Г.Пенязьков, Н.А.Фомин. Лазер с вну-трирезонаторной пространственной фильтрацией и . синхронизируемой перестройкой по спектру генерации.-ЖПС, 1988, т.49, N2, с.210-216.

34. Ачасов О.В., Лабуда С.А. Электроразрядный СО-лазер с селекцией линий. - В кн.: Гидрогазодинамика, тепло- и массообмен в энергетических установках. Мн., 1984, с. 74-79.

35. Achasov O.V.,- S.De Benedictis, F.Cramaross?i. Heterogeneous aspects of CO dissociation in liguid nitrogen cooled CO-He radiofrequency' discharge. - In book| Proc. XVIII Intern. Conference on Phenomena in Ionized Gases, Contributed Papers 2, Swansea, 1987, p.410-411.

36. O.V.Achasov, S. de Benedictis, F.Cramarossa. Homogeneous and heterogeneous CO chemical kinetics in liquid-nitrogen cooled 5V CO-He discharges. - Chemical Physics, 1988, v.124, p. 91-101.

37. O.V.Achasov, G.N.Blinkov, N.A.Fomin, O.G.Penyazkov, D.E.Vitkin. Speckle tomography of unsteady gasdynamic objects. In book of Abstracts 12th ICDERS, 1989, Michigan, OSA, p. 99; In book Dynamic of Deflagrations and Reactive Systems: Heterogeneous Combustion J v.132 Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA,

. 52

Washington, 1991, p.352-359.

38. Ачасов O.B., Белкин В.Г.,.блинков Г.Н., Кухарчик П.Д., Скрипко А.С., Фомин Н.А.Спекл-фотография в инфракрасной области спектра с регистрацией на металлотермопластическом носителе // Оптика и спектроскопия. - 1989.- Т. 67, n 4. - С. 975-977.

39. Achasov О.V., Belkin V.G., Blinkov G.N., Fomin N.A., Kukhar-chik P.D., Skripko A.3. Infrared speckle photography on a metal thermoplastic carrier. Opt. Comm. - 1988. - V.68, N.3, P.171-174.

40. O.V.Achasov, F.Fisson, O.G.Penyazkov. The velocity measurement in spray jet using a particle image velocimetry method - to be publeshed In Proc. Int. Symp. on Diagnostics and Modeling of Combution in Reciprocating Engines (COMODIA 94), Japan, 1994.

41. ■ O.V.Achasov, F.Fisson, N.A.Fomin, O.G.Penyazkov, A.N.Oz-nobishin. Interferometric study of combustion in a spark ignition engin. Book of abstracts 13th ICDERS, NagOya, Japan, 1991,p. 183.

42. Ачасов O.B., Ознобишин A.H., Пенязьков О.Г., Фиссон Ф., Фомин Н.А. Интерферометрические исследования процессов горения в двигателях внутреннего сгорания. - Сб.| "Теплофизика и гидрогазодинамика-90", Мн., 1990, с.65-69,- Сб. | "Неравновесная газодинамика) диагностика и моделирование", Мн.., 1991, с.45-53.

43. Ачасов О.В., Блага Я., Фомин Н.А. Исследование тепловых потерь в форкамере газодинамического лазера.при 'Моделировании на ударной трубе. - ИФЖ, Т.39, N 3, 1980, с.486-490.

44. О.В.Ачйсов, Н.А.Фомин. Расчет характеристик газодинамического лазера на смешении.- Сб.|"Некоторые проблемы тепло-и массообмена", Мн., ИТМО АН БССР, 1978, с.56-58. . '

45. 0.В.Ачасов, Р.И.Солоухин, Н.А.Фомин. Численный анализ характеристик газодинамического лазера с селективным тепловым возбуждением и смешением в сверхзвуковом потоке.- КЗ, 1978, т.5, Nil, с.2337,- Сб.: "Проблемы теп'Ло- и массообмена-77",' Мн., ИТМО АН БССР,1977, с.80-90.

46. 0.В.Ачасов, Д.С.Рагозин. Константы колебательного энергообмена в лазерно-активных средах С02-ГДЛ с добавками 02, Нг, Н20 и СО. -Препринт/ИТМО АН БССР, Мн., 1986, N 16. - 52 с.

47. О.В.Ачасов, CiA.IftoaHOK, А.В.Крауклис, Р.И.Солоухин, Н.А.Фомин. Анализ эффективности различных схем получения инверсии газодинамическими методами. - 'Сб.; "Тепло- и массоперенос:

53.

физические основы и.методы", Мн., ИТМО АН БССР, 1979, с.80-83.

48. о.В..Ачасов, С.А.Жданок, Н.А.Фомин, С.М.Хижняк, Моделирование процессов получения инверсии на окиси углерода.- Сб."Тепло-и мас-сообмен: исследования и разработки", Мн. ИТМО АН БССР, 1981, с.80.

49. О.В.Ачасов, Н.В.Трофимов. Анализ смешения релаксирукхцих струй в канале переменного сечения.- Сб.:"Теплофизические и физико-химические процессы в энергетических установках", Мн., 1986, с.3-11 so. О.В.Ачасов, С.А.Лабуда, Н.В.Трофимов. Исследование характеристик С02-ГДЛ на смешении коаксиальных струй C0z/He и на- Сб. "Современные проблемы механики жидкости и газа". Грозный, 1986, с. 121 si. О.В.Ачасов, С.А.Лабуда, О.Г.Пенязьков, Н.В.Трофимов. Экспериментальное исследование и прогнозирование параметров сверхзвуковых потоков релаксирующих газов, формируемых газодинамическими устройствами. - Препринт ИТМО АН БССР, Мн., 1990, n 18 26с.

52. • О.В.Ачасов, С.А.Жданок, Р.И.Солоухин, Н.А.Фомин. Сверхравновесная ионизация при адиабатическом расширении релаксирующего газа. - Журнал "Доклада АН СССР", т.253, n6, 1980, с.1373-1376.

53. О.В.Ачасов, С.А.Жданок, Д.С.Рагозин., Р.И.Солоухин, Н.А.Фомин.' Экспериментальное, исследование неравновесной ионизации окиси углерода при адиабатическом расширении в сверхзвуковом сопле. -Сб.: "Тепло- и массоперенос: физич.основы и методы исследования", Мн., ИТМО АН БССР, 1980, с.74-76; Сб. | "Тепло-и массоперенос: физич. основы и метода исслед.", Мн., ИТМО АН БССР, 1980, с.74-76.

54. О.В.Ачасов, С.А^Жданок, Д.С.Рагозин, Р.И.Солоухин, Н.А.Фомин. Ассоциативная ионизация двухатомных молекул при адиабатическом расширении в сверхзвуковом потоке. - ЖЭТФ, т.81, в.2(8), I98.I, с.

'. 550-559

55. O.V.Achasov, N.A.Fomin, R.I.Soloukhin, S.A.Zhdanok. Plasma generation • in supersonic flows of vibrationally nonequilibrj.um gases. - Proc.In book|"Phenomena in Ionized Gases 1981",XV Int.Conf. on,Phenomena in Ionized Gases, Contributed papers, Part II, Minsk 1981, p.1401 .

5b. O.V.Achasov, N.A.Fomin, R. I.Soloukhin, S.A.Zhdanok. Nonequilibrium ionization in expanding flows„of relaxing molecular gases. - Proc. XV Symposium 'on advanced problems and mehtods in fluid mechanics, Abstracts of contributed papers, Jachranka, Poland, 1981, p.5

57. O.V.Áchasov, N.A.Fomin, D.S.Ragozin, R.I.Soloukhin, S.A.Zhda-nok. Plasma generation in vürationally nonequilibrium molecular gas flows. - Revue, Phys. Appl., 1.17, N 1, 1982, p.15-20

58. О.В.Ачасов. Экспериментальное исследование проводимости неравновесных газовых потоков. - СО.¡"Неравновесные процессы в газовой динамике", Мн., ИТМО АН БССР, 1983, с.56-63

5э. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, С.М.Карась, М.Г.Кузьмин, Д.С.Рагозин, М.Н.Серяков. Исследование процессов воспламенения двухфазных потоков бора.- Препринт ИТМО АН БССР, Мн., 1988, N5, 19с.

60. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, С.М.Карась, М.Н.Серяков. Анализ возможностей повышения-насыпной массы порошкообразного бора. -Деп. в ВИНИТИ 28.06.1988, N 5I30-B88, Вести АН БССР, серия физ.-энерг.наук, 1989, n I, с.120-121

61. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, С.М.Карась, М.Н.Серяков. Исследование возможностей снижения температуры воспламенения бора. - Деп. в ВИНИТИ 28.06.1988, n 5I30-B88, Вести АН БССР, серия физ.-энерг.наук, 1989, n I, с.121

62. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, Д.С.Рагозин, М.Н.Серяков. Особенности парного, взаимодействия частиц бора в уплотненных дисперсных системах. - препринт ИТМО АН БССР, Мн., 1989, N22, 22с.

63. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, Д.С.Рагозин, М.Н.Серяков. Параметрическое исследование взвесей "частиц и конгломератов бора -Препринт ИТМО АН БССР, Мн., 1989, n 23, 42 с.

64. О.В.Ачасов, Д.С.Рагозин, Х.Ж. Семаан. Форкамерное инициирование детонационных процессов..- Сборник трудов ИТМО, 1994, с.

65. Ачасов О.В., Кондратов В.В., Лабуда .С.А. Взаимодействие ударных волн с кольцевой сходящейся осесимметричной струей. -Сборник трудов ИТМО, 1994, с.

66. Ачасов О.В., Пенязьков О.Г., Раготнер A.M. Инициирование детонации при вдуве встречные сверхзвуковых струй в полузамкнутую цилиндрическую полость. - Сборник трудов ИТМО, 1994, с.

67. О.В.Ачасов, В.В.Кондратов, С.И.Шабуня. Анализ эффективности использования детонации в качестве рабочего процесса двигательных установок. - Препринт n ,Мн., АНК ИТМО, 1994,- 42 с.

68.. Ачасов О.В., Кондратов В.В., Лабуда С.А., Пенязьков О.Г., Шабуня С.И. Взаимодействие ударных волн с вогнутыми криволинейными поверхностями.. - Химическая физика, т.12, n 5,. 1993, с.634-636.

55

6э. Ачасов O.B., Лабуда С.А., Пенязьков О.Г., Пушкин P.M., Тарасов А. И. Ударно-волновое инициирование детонации в полузамкнутой полости. - Химическая физика, т.12, n 5, 1993, с.714-716.

70. Ачасов О.В., Кондратов В.В., Лабуда С.А., Пенязьков О.Г., Пушкин P.M., Тарасов А.И. Фокусировка ударных волн при отражении от вогнутых криволинейных прверхностей, - ИФЖ, т.65, n 5, 1993, с.548-552.

71. Ачасов 0.В., Фомин H.A., Евменчиков Н.Л., Кашевский Б.Э., Рагозин Д.С. Магнитожидкостный модулятор излучения. - A.c. n III4I88

72. A.C. I491206 СССР. Способ определения фазовых неоднородностей / О.В. Ачасов, Г.Н. Блинков, В.Е. Фертман, H.A. Фомин (СССР).- n 4306509 / 25; Опубл. 1989, Бюл. n 24. - С. 252.

73. О.В.Ачасов, А.С.Борейшо, С.А.Лабуда, Н.В.Трофимов, Н.А.Фомин, Г.Г.Ыелухин. Газодинамический С02-лазер на. продуктах сгорания. -A.c.n 142889, Приоритет 15.01.1987.

74. О.В.Ачасов, Д.С.Рагозин, Н.А.Фомин, Е.И.Широков. Проточный химический лазер. - A.c. n I56355I, Приоритет 25.02.1988.

75. О.В.Ачасов, Д.С.Рагозин, С.А.Лабуда, М.Г.Кузьмин, М.Н.Серяков, Н.А.Фомин. Заявка на изобретение n 3I7920I. - A.c. n 278335

76. О.В.Ачасов, Д.С.Рагозин, Е.П.Завалишин, М.Н.Серяков, H.A.Фомин. Заявка на изобретение n 3198549. - A.c. n 289184

77. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, С.А.Лабуда, А.Ю.Плотников, М.Н.Серяков* Н.А.Фомин. - A.c. n 293556

78. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, Д.С.Рагозин, М.Н.Серяков, Н.Л.Фомин. Заявка на изобретение n 3203993. - A.c. n 295295.

79. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, М.Г.Кузьмин, Д.С.Рагозин, М.Н.Серяков, 0.Г.Пенязьков, Н.А.Фомин. A.c. n 312925

80. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, Д.С.Рагозин,. М.Н.Серяков, Н.М.Серяков, Н.А.Фомин. A.c. N 317224

81. О.В.Ачасов, А.С.Борейшо, Н.В.Трофимов, H.A.Фомин. С02-газодинамический лазер. - A.c.n 1376879, Приоритет 13.01.1986

82. О.В.Ачасов, С.А.Лабуда, Д.С.Рагозин, М.Г.Кузьмин, М.Н.Серяков, Н.А.Фомин. Заявка на изобретение N3179209, A.c. и 278336

83. О.В.Ачасов, Д.С.Рагозин, М.Г.Кузьмин, М.Н.Серяков, Н.А.Фомин. Заявка на изобретение ' n 3198350, A.c. n 289185

84. О.В.Ачасов, Е.П.Завалишин, С.А.Лабуда, А.Ю.Плотников, М.Н.Серяков, Н.А.Фомин. A.c. n 293557

• 56 .