Термически-неравновесное управление пламёнами при помощи плазмы газового разряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Минтусов, Евгений Игоревич АВТОР
кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Долгопрудный МЕСТО ЗАЩИТЫ
2006 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.04.08 КОД ВАК РФ
Диссертация по физике на тему «Термически-неравновесное управление пламёнами при помощи плазмы газового разряда»
 
Автореферат диссертации на тему "Термически-неравновесное управление пламёнами при помощи плазмы газового разряда"

На правах рукописи УДК 533.932

МИНТУСОВ ЕВГЕНИЙ ИГОРЕВИЧ

ТЕРМИЧЕСКИ-НЕРАВН ОВЕСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПЛАМЁНАМИ ПРИ ПОМОЩИ ПЛАЗМЫ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА

Специальность 01.04.08 - физика плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2006

Работа выполнена на кафедре молекулярной физики Московского физико-технического института (государственного университета).

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

Защита состоится 13 декабря 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 212.156.03 в Московском физико-техническом институте по адресу: 141700 г. Долгопрудный, Институтский пер. д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института.

АядреЙ Юрьевич Стариковский

Официальные оппоненты: кандидат физико-математических наук

Юрий Федорович Колеснкченко (ОИВТ РАН)

доктор физико-математических наук Николай Иванович Кидия [ИПМ РАН)

Ведущая организация: Институт химической физики РАН

Ученый секретарь

диссертационного совета. К 212.15С.03

-И.

кандидат физико-математических наук-

1.Е. Братан.

1 Общая характеристика работы

1.1 Актуальность темы

Впервые о влиянии электрического пола на пламя стало известно в 1814 году, когда Еранде опубликовал работу [1| о значительном изменении поведения шгамеив при его помещении между двумя электродами. Согласно автору, роль поля л процессах теплообмена и переноса вещества столь велика, то пламя и сажа начинают двигаться по направлению к отрицательно заряженной поверхности. Таким образом, Бранде стал первым, кто изменил параметры распространения пламени при помощи электрического поля.

С тех пор взаимодействие электрических полей и разрядов с пламенами широко исследуется во всем мире. Главной задачей большинства работ в этой области является применение электрического ноля для стабилизации пламён [2], наработки атомов, ионов и активных радикалов, связывающих вредные выбросы тепловых электростанций и химических производств (N0,, БОа, .-.) [3], расширения пределов воспламенения или увеличения яркости свечения пламени. Обзоры работ в этой области можно найти в работах [4}, [5|. Интерес представляет и задача определения фундаментальных механизмов управления устойчивостью горения. Известно, что неустойчивый режим горения в энергетических установках, предназначенных для сжигания твёрдых, жидких и газообразных топлив, проявляется в самопроизвольном возникновении автоколебатедькых режимов горения, которые сопровождаются значительными колебаниями скорости тепловыделения, давления и механическими колебаниями камеры сгорания, а иногда и разрушением самой установки. Поэтому проблема эффективного управления устойчивостью горения является актуальной.

Отдельную грушу исследований составляют работы по применению электрических полей и разрядов с целью изменения скорости распространения пламени. Используя электрическое поле, можно снизить скорость распространения пламени вдоль канала и даже потушить его [2], или же, напротив, ускорить пламя, увеличив скорость его срыва (б]. Данное направление представляется весьма перспективным и многообещающим с точки зрения практического применения, например, в гиперзвуковых прямоточных реактивных .двигателях самолётов, где требуется осуществлять горение как можно более быстро и полно. Более быстрое горение означает также и возможность сжигать более бедные смеси, что приводит к понижению температуры горения х снижению количества образующихся вредных примесей ТЮх.

Резюмируя, можно сказать, что решение проблемы однородного поджига топлпвно-воздушной смеси и увеличения скорости горения/сгорання необходимо для следующих практических приложений:

• Расширение пределов воспламенения и горения топливо-воздушных смесей.

• Реализация горения бедных топливно-воздушных смесей, не горящих в нормальных условиях.

• Перезапуск двигателя на большой высоте полёта (около 10 км)

• Стабилизация горения, удержание пламеви, пилотные пламена (для ГТУ)

• Быстрое сгорание а прямоточном реактивном двигателе

• Снижение температуры горения и сокращение количества выбросов вредных веществ (окислы N0)

Дискуссия о конкретных механизмах, посредством которых электрическое поле изменяет скорость горения, идёт уже иногне гены. Различными группами авторов предполагаются несколько основных механизмов влияния плазмы газового разряда на характеристики горения: термический нагрев (в том числе локалышй перегрев в канале разряда), наработка "акгивньос частиц" - радикалов, способных повышать скорость цепных реакций, генерация "воины* цепочек", в которых происходит перераспределение запасённой энергии, и другие. Тем не менее, вопрос об области действия таких механизмов остаётся открытым. Также открыт вопрос о том, какие типы газового разряда (искровой, дуговой, ВЧ и СВЧ, стримерный) следует использовать для стабилизации горения при заданных параметрах, и какие именно параметры разряда являются критичными в терминах максимальной эффективности управления го реп нем. Нет на сегодняшний день и физической модели, способной описать результаты экспериментов различных авторов.

Таким образом, задача определения механизмов управления горением при помощи плазмы газового разряда вызывает большой интерес среди учёных всего мира. Проблема выявления таких механизмов особенно актуальна в связи с резким усилением интереса к возможности дополнительного управлении динамикой пламён с помощью неравновесной плазмы.

1.2 Цель работы

Главной задачей настоящей работы являлось экспериментальное исследование возможности управления режимами распространен ия пламён при помощи электрических полей и импульсных разрядов. Поскольку нормальная скорость распространения пламени в смеси является одлим из определяющих параметров процесса горения [7], требовалось установить - эффективность изменения скорости распространения пламён при помощи различных типов разрядов. Учитывая наиболее вероятные механизмы, в настоящей работе изучалось влияние ионного ветра и неравновесных наносекундных импульсных разрядов на диффузионные и предварительно перемешанные пламена, Поставленная задача может быть разделена на следующие части:

• Определение роли «ионного ветра» при воздействии электрических полей газовых разрядов и постоянного электрического поля ка различные типы пламён (предварительно перемешанные, диффузионные).

• Определение эффективности изменения скорости горения и срыва пламени при помощи различных типов разрвдав.

• Исследование воздействия импульсного наносекундного барьерного разряда на скорость срыва пламени. Сравнение эффективности влияния импульсного наносекундного барьерного разряда и барьерного разряда синусоидального напряжения частоты 50 Гц иа характеристики пламени.

• Определение эффективности изменения скорости распространения пламён при помощи неравновесного наносекувдного импульсного барьерного разряда, развивающегося при высоких значениях приведенной напряженности поля; нахождение оптимальной с точки зрения ускорения пламени конфигурации разряда, а также оптимального значения приведённого электрического поля в разряде, длительности и частоты повторения импульсов, энерговклада.

• Выявление основных механизмов, посредством которых осуществляется влияние импульсного наносекундного барьерного разряда на пламя. Построение физической модели, объясняющей влияние плазмы геаового разряда на увеличение скорости срыва пламени и изменение параметров горения.

• Верифицнкация физической модели путём сравнения экспериментальных данных и результатов численного моделирования

1.3 Научная новизна м практическая ценность работы

В работе впервые:

• Получены экспериментальные данные, свидетельствующие о преимуществах использования наносекундного импульсного барьерного разряда для стабилизации пламени по сравнению с другими типами разрядов. Продемонстрировано, что эффект существенного влияния импульсного налосекундного разряда на параметры пламени не связан с действием "ионного ветра".

• Проведено сравнение эффективности использования импульсного наносекундного барьерного разряда и синусоидального барьерного разряда частотой 50 Гц, установлены причины преимущества использования первого типа разряда.

• Получена экспериментальная демонстрация стабилизации горения высокоскоростных топливс^воздушных потоков, а также бедных топливосодержащих смесей, при помощи импульсного наносекундного разряда. Получены результаты,

демонстрирующие повышение полноты сгорания при использовании импульсного иаяосекундного разряда. Установлены оптимальные параметра разряда, необходимые д>ш эффективного управления параметрами пламени.

• Проведены спектроскопические исследования дополнительного образования радикала ОН в результате воздействия импульсного яапосекундного разряда на топливо-воздушную смесь. Методом ЛИФ-диагностики получены профили распределения радикала ОН в пламени и предпламевной зове с ыикросекунднык разрешением. Сделай вывод, что в ускорении горения ключевую роль играет образование радикалов под действием газового разряда в предпламевной зоне. Проанализирована роль нагрева смеси неносе кундным разрядом в увеличении скорости срыва пламени.

• Построена комплексная физическая мол ель, описывающая влияние плазмы импульсного накос скуидкого барьерного разряда на горение, в частности, образование возбужденных состояний молекул в папосекундном разряде, динамику трансформации активных частиц в предпламенной зоне, горение предварительно возбуждённой а подогретой смеси.

Полученные в работе результаты могут быть использованы при проектировании установок на базе импульсного наяосекундного барьерного разряда по стабилизации горения высокоскоростных потоков то шгивно-воздушных смесей, а также при проектировании установок по понижению уровня вредных выбросов при горенви. Модель, описывающая механизм управления пламенами при помощи наносекунд-ного барьерного разряда, позволяет предсказывать эффективность использования разряда с конкретныыи параметрами (амплитуда, частота повторения импульсов, длительность импульса) при его применении дня стабилизации пламени. Предлагав «мая модель может послужить основой для дальнейшего развитая кинетического описания влияния плазыокиыических процессов на химическую кинетику горения.

1.4 Положения, выносимые на защиту

• Экспериментальные данные по исследованию влияния импульсного наносе-кундкого барьерного разряда на скорость срыва проиаио-воздушного пламени предварительно перемешанной смеси и другие параметры горения.

• Экспериментальная демонстрация стабилизации бедных пламён и увеличения полноты сгорания при нлазменно-стимулированком горении с использованием наносекундного барьерного разряда.

• Методика определения оптимальных параметров наносекундного разряда (приведённого поля, длительности импульса, частоты повторения импульсов), при которых достигается максимальная эффективность ускорении горения.

• Экспериментальные результаты измерений количества активных частиц методами эмиссионной спектроскопии и методом Л ИФ-диагностики, демонстрирующие ключевую роль атомарного кислорода, образующегося поя действием наг носекундного барьерного разряда.

• Результаты измерения дополнительного тепловыделения в тспллвовоздушных смесях, обработанных импульсным наносекундиым барьерным разрядом, по сравнению с чистым воздухом и их объяснение образованием атомарного кислорода и водорода в наиосекундном барьерном разряде. Демонстрация малой роли термического разогрева газа в разряде в общем эффекте увеличения температуры.

• Комплексная физическая модель влияния импульсного наносекундного барьерного разряда на параметры горения, объясняющая воздействие плазмы газового разряда рядам последовательных стадий: наработкой возбуждённых состояний в разряде, образованием активных частиц-радикалов и горением предварительно возбуждённой и подогретой смеси.

1.5 Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих российских и международных конференциях:

41st, 42nd, 43rd and 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, Nevada, 2003-2G06);

AIAA/США 13th International Space Planes and Hypertonics Systems and Technologies Conference (Capua, Italy, 2005);

29th and 31st International Symposium on Combustion (2002, 2006);

16th and 17th International Symposium on Plasma Chemistry (2003, 2005);

15th and 16th International Conferences on Gai Discharges and their Applications (2004, 2006);

19th and 20th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (2003, 2005);

17th and 18th European Conference on Atomic and Molecular Physics of Ionized Gases (2004, 2006);

XVIII, XIX, XX Международные конференции "Воздействие интенсивных потоков анергия на вещество" и "Уравнения состояния вещества"(п. Эльбрус, 2003,2004.2005);

II, III, IV Конференции НОЦ CRDF "Фундаментальные исследования материи в экстремальных состояниях" (Москва, 2004, 2005, 2006);

XUV, XLV, XLVI, XLVII, XLVin Научная Конференция МФТИ "Современные

проблемы фундаментальных и прикладных наук" (Москва-Долгопрудный, 20012005);

II Международная научно-техническая конференция "Авиадвигатели XXI века" (Москва, 2005);

I Конференция молодых учёных 'Физика и химия высокоэнергетических систем" (Томск, 2005);

2nd International Symposium on Nonequilibtium Processes, Combustion and Atmospheric Phenomena NEPCAP (Sochi, 2005);

4 Международный Симпозиум no Теоретической и Прикладной Плаэмохимии (Иваново, 2005);

58th Annual Gaseous Electronics Conference GEC (San Jose, California, 2005);

XXVII International Conference on Plasma and Ionized Gases ICPIG (Eindhoven, Netherlands, 2005);

European Conference for Aerospace Sciences EUCASS (Moscow, 2005); European Combustion Meeting (Louvain-la-Neuve, Belgium, 2005); 13 Симпозиум no Горению и Взрыву {Черноголовка, 2005);

9th International Symposium on High Pressure, Low Temperature Plasma Chemistry (Padova, Italy, 2004);

Всероссийская научная конференция по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004 (Петрозаводск, 2004);

15th International Conference on MHD Energy Conversion (Moscow, 2005);

XXVIII Академические чтения no космонавтике (Москва, 2004);

IV Российский семинар "Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды" (Москва, 2003);

30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (Санкт-Петербург, 2003);

International Conference on Physics of Low-Temperature Plasma (Kiev, Ukraine, 2003);

Conference on Plasmas for Steblth and for Flow and Combustion Control (Paris, FVance, 2003);

5th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications (Москва, 2003);

17th International Symposium on Gas Kinetics (Essen, Germany, 2002); XI Конференция по физике газового разряда (Рязань, 2002).

1.6 Публикации

Результаты проведенных исследований отражены более чем в 50 печатных работах в России и за рубежом — статьях в реферируемых и^рналах, полных текстах докладов и тезисах российских и международных конференций и симпозиумов.

1.7 Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4-х глав основного содержания, выводов и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации - 140 страниц машинописного текста, содержит §3 рисунка, 2 таблицы и список литературы из 102 наименований.

2 Содержание диссертации

Во Введении диссертации содержится общая информация об актуальности выбранной темы, формулируются цепи работы н постановка задачи. Также во Введении приведена научная новизна и практическая ценность работы. Заканчивается раздел перечнем положений, выносимых ва защиту.

Во Второй главе диссертации содержится обзор литературы по теме плазмепио-стимулированвого горения. Показана история развития данного направления исследований с 1314 года, когда Бранде в работе [1] продемонстрировал значительное изменение поведения пламени при его помещении между двумя электродами, до иаших дней.

Отмечается, что проблема однородного поджига и повышения скорости горения является важной как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Известно, что окисление топлива проходит по цепному механизму с относительно большой скоростью химических реакций. Время задержки воспламенения и скорость горения на начальном этапе определяются, в первую очередь, количеством активных центров разветвления цепи, которые образуются преимущественно в результате термической диссоциации, скорость которой относительно невысока при низких температурах, отвечающих предшгаменной зоне. Таким образом, скорость реакции может быть повышена, если каким-либо образом увеличить число активных центров разветвления (радикалов).

Далее в Главе 2 анализируются возможные способы наработки радикалов в объёме тешливно-вотдушной смеси. Простейший способ создать радикал - это разрушить самую слабую химическую связь в молекуле, поэтому проводится анализ таких методов получения радикалов, как флэш-фотолиз (диссоциация за счёт поглощения кванта лазерного излучения), подогрев смеси. Проводится сравнение механизмов, за счёт которых происходит наработка активных частиц, ответственных за ускорение горения, в работах различных авторов. Особое внимание уделено разрядам различных типов как возможным легочникам наработки радикалов: равновесным (искровому, дуговому) и неравновесным {сгримерному, барьерному).

Для равновесных разрядов основную роль в ускорении процессов горения играет быстрый локальный перегрев в канале разряда, что приводит к сильному росту константы термической диссоциации. Простейший способ использования данного типа разряда для управления поджигом горючей смеси корило известен - это импульс-

ная дут», реализующаяся, например, в свече зажигания карбюраторного двигателя. В этом случае плотность тока искрового разряда достаточно велика, образующаяся плазма близка х термически равновесной и воспламенение топлива происходит в результате термического нагрева смеси в малом объеме дугового канала и прилегающих к нему участков. Данный метод принципиально не обладает однородностью, и медленное распространение фронта пламени от точки инициирования ограничивает скорость распространения пламени и не позволяет использовать данный тиц разряда» в высокоскоростных (в том числе сверхзвуковых) потоках газа. В то же время именно объемное (или близкое к объемному) воспламенение представляет наибольший интерес для приложений, в которых требуется высокая скорость энерговыделения.

Поэтому многие авторы пытаются использовать неравновесные разряды для управления поджигом и горением, энерговклад которых в газ заведомо недостаточен для нагрева смеси до температуры самовоспламенения по чисто тепловому механизму. При использовании неравновесных разрядов основной механизм формирования активных частиц заключается в диссоциации молекул в разряде электронным уда* ром и диссоциации молекул в процессах плаэмохимической конверсии с участием электронно-возбуждённых частиц. Теоретически уже было показано, что даже относительно небольшое количество атомов и радикалов (около 0.1%) от общего количества молекул) способно существенно ускорить горение. Однако до сих пор не было проведено чёткой экспериментальной демонстрации преимуществ использования неравновесных разрядов, реализующих указанный механизм воздействия на горючую смесь, при управлении пламенами.

8 Третьей главе диссертации содержится описание и анализ результатов по исследованию влияния слабых электрических полей на поведение пламени, делается вывод о ключевой роли конного ветра в изменении газодинамики диффузионного пламени и о слабом его влиянии на быстрые, предварительно перемешанные пламена.

Для изучения влияния ионного ветра на поведение пламени была спроектирована, собрана и отлажена экспериментальная установка, состоящая из горелки с закреплённой на ней системой электродов, высоковольтного блока питания, системы подачи газов и системы диагностики. Основным элементом экспериментальной установки является горелка, состоящая из трёх концентрических стальных цилиндров с диаметрами 13, 42 я 81 мм. Для выравнивания потока на выходе из горелки использовалась засыпка из металлических шариков и ряд металлических сеток.

Сверху на горелку устанавливались два электрода. Нижний электрод - металлическое кольцо большого диаметра- был плотно посажен на горелку и заземлен. Верхний — высоковольтный — электрод был выполнен из металлической сетки и крепился к нижнему при помощи трёх текстолитовых стержней, расположенных по внешнему диаметру нижнего электрода. Напряжение на высоковольтном электроде могло быть как положительной, гак и отрицательной полярности, от 0 до 2.5 кВ. Расстоя-

ние между электродами могло меняться от 0 до 20 см.

Измерения проводились для диффузионного пламена пролано-воздушноВ смеси, в режиме пуска пропана по центральному отверстию и воздуха по внутреннему кольцу. Поток воздуха через кольцо, помимо выполнения функций окислителя, способствовал стабилизации пламени. Характерные расходы воздуха составляли 500 см'/сек (скорость потока около 10 см/сек), а пропана - около 1 см®/сек (скорость около 1 см/сек). Для детального изучения влияния полей на пламя был выбран диапазон высот пламени 4-6 см при межэлектродном расстоянии 8 см - данным режимам соответствовало ламинарное, практически стационарное пламя. В этик режимах был проведён сравнительный анализ воздействий подаваемого напряжения на пламя.

При отрицательной полярности высоковольтного электрода в пределах ошибки эксперимента пламя оставалось стационарным для всех исследуемых напряжений (до 2.5 кВ), При положительной полярности высоковольтного электрода при напряжениях, превышающих некоторое критическое (1.1-2.5 кВ, в зависимости от межэлектродного расстояния), наблюдалось существенное нарушение стационарного поведения пламени в результате влияния поля на газодинамику процесса, выражавшееся в строго периодических колебаниях высоты пламени при постоянном межэлектродном напряжении и расходах газов. При достижении такой, критической, разности потенциалов пламя начинало медленно (примерно 4/5 периода) увеличивать свою высоту, и, коснувшись сетки-электрода, быстро уменьшалось до практически иуло-ьой высоты, после чего колебательный процесс повторялся. Эксперименты показали, что во время колебаний происходили колебания тока в цели, аналогичные изменению площади поверхности пламепи.

Анализ полученных данных показал, что колебания высоты пламени являлись следствием наличия в системе нескольких конкурирующих процессов, возникающих под действием ионного ветра, и вносящих противоположный вклад в изменение скорости горения. При положительной полярности электроны в пламени способны покинуть высокотемпературную область свечения, после чего они задерживается холодными молекулами (в частности, Оа) и участвуют в реакции прилипания с образованием отрицательно заряженных ионов. 5 результате, иокруг вершины пламени образуется отрицательно заряженная область, состоящая из ионов В результате отрицательно заряженные ионы препятствуют диффузии окислителя-кислорода в реакционную зону и пламя начинает растягиваться.

Осцилляции определяются взаимодействием силы со стороны потока положительно заряженных частиц, пропорциональной их числу и приложенному электрическому полю, и силы со стороны выходящего потока газа, пропорциональной его расхода В случае с отрицательной полярностью, когда осцилляций пе возникает, электроны не покидают пределы области пламени, и пламя имеет небольшой общий положительный заряд, сосредоточенный возле границы светящейся области. Положительные ионы не будут препятствовать диффузии окислителя, так как ионный

ветер возникает в собственном газе иона. Таким образом, в случае отрицательной полярности высоковольтного электрода механизм, отвечающий за уменьшение высоты пламени, отсутствует, так как ионный ветер в этом случае направлен вверх, к катоду, и нет сил, конкурирующих с потоком газа из горелки. Поэтому колебания высоты пламени в случае отрицательной полярности отсутствуют.

Для определения роли ионного ветра в увеличении скорости срыва предварительно перемешанного пламени при использовании постоянного поля была использована геометрия электродов "сопло-кольцо". На высоковольтный электрод внутри сопла могло подаваться постоянное напряжение как положительной, так и отрицательной полярности до 7 кВ, высота кольца (диаметр <2=32 мм) над соплом могла меняться от 0 до 20 см. Выла изучена зависимость скорости срыва пламени от тока - »то позволяет определить влияние ионного ветра на происходящие процессы.

Протгкающий ток зависел от полярности и величины подаваемого напряжения, а также высоты кольца над пламенем. Эксперимент показал, что при положительной полярности напряжения «шла скорость срыва пламени не изменялась вплоть до напряжений 7 кВ. Такой результат хорошо согласуется с результатами зтой работы для диффузионных пламён. При отрицательной полярности напряжения на сопле было установлено, что что скорость срыва пламени изменяется примерно в 1.3 раза. Однако в случае, когда низковольтный электрод (кольцо) был убран, и ток, протекающий в (цели, был близок к нулю, эффект увеличения скорости срыва пламени по-прежнему имел место и был лишь незначительно слабее, чем в геометрии с кольцом (1.25 против 1.3 раз). Таким образом, ионный ветер практически не оказывает влияние на газодинамическое поведение предварительно перемешанных пламён.

В Четвёртой главе описывается влияние импульсного наносекувдного барьер-кото разряда на параметры горения и изменение скорости срыва пламени. Проводится анализ влияния рязличных параметров разряда: длительности импульсов, частоты их повторения, амплитуды. Приводятся результаты спектрометрических измерений активных частиц - атомов и радикалов О, ОН, СН - в пламени при помощи эмиссионной спектроскопии и ЛИФ-диагностики. Также описываются результаты измерения нагрева топливо-воздушной смеси в барьерном разраде и сравнение такого нагрева с нагревом потока воздуха без горючего.

Для проведения экспериментов была собрана экспериментальная установка, состоящая из сопла, системы подачи газов, генератора импульсных напряжений и системы оптической диагностики. Корпус горелки был выполнен из кварца. Выходное сечение горелки представляет собой прямоугольник размерами 30 на 2 мм. В качестве высоковольтного электрода использовалась многооетрийная латунная пластина с поперечным сечением 28x1 мм, установленная по центру сопла параллельно его стенкам. Низковольтные электроды, изготовленные из модной фольги, были плотно помещены в кварцевые трубки (внутренний диаметр <1 = 5 им, толщина стенки около 2 мы) и закреплены вблизи среза соота горелки параллельно его длинным стенкам.

Рис. 1: Схема расположения электродов возле сопла горелка и фотография разряда.

Высота низковольтных электродов относительно среза сопла могла варьироваться для того, чтобы определить оптимальную (с точки зрения увеличения скорости пламени) геометрию разряда. Схема расположения электродов возле сопла горелки и фотография разряда приведены на рис.1.

В работе использовалось два генератора высоковольтных наносекундных импульсов. Первый был собран по схеме вращающегося прерывателя. Амплитуда падающего импульса составляла U-щ^ = 12 кВ, длительность на полувысоте ti/a >= 77 не, время нарастания фронта Une = 10 пс при максимальной частоте следования / = б кГц. Второй генератор, производства компании "ФИД", обеспечивал импульсы со следующими параметрами: амплитуда падающего импульса Uma* = 7 кВ, длительность импульса 12 не, частота повторения импульсов от 0.1 кГц до 10 кГц. Дня обоих генераторов полярность импульсов напряжения могла быть и положительной, и отрицательной. Электродинамические характеристики контролировались при помощи осциллографа Tektronix TDS 3054, подсоединённого к выходному диагностическому каналу генератора или к калиброванному шунту обратного тока, установленному в разрыв оплетки подводящего коаксиального кабеля.

Эксперименты, проведённые при длительности импульса 77 не и с частотой их повторения 1.2 кГц продемонстрировали, что воздействие импульсного барьерного разряда на пламя приводит к увеличению скорости срыва пламени, причём степень роста тем больше, чем больше мощность разряда. При этом во всех экспериментах мощность разряда не превышала 1% от химической мощности горелки. Для выявления типа разряда, наиболее эффективного для управления скоростью срыва пламени, было исследовано 4 случая: постоянное напряжение положительной и отрицательной полярности, а также импульсное напряжение обеих полярностей (имеется в виду полярность высоковольтного электрода, расположенного внутри сопла).

Сравнительный анализ этих воздействий показал, что наиболее эффективным с точки зрения повышения скорости срыва шгамени является импульсный разряд положительной полярности (большая эффективность по сравнению с импульсным разрядом отрицательной полярности объясняется тем, что при равных напряжениях импульса катодонаправленныВ стример более насыщен электронно-возбужденными частицами, чем анодоналравленный, из-за разницы в механизмах их распростраие-

1 £ 1

г

и

11111

• 6м » еоа ваэвяш * А

Эр* цом ■ J Ь А и

1*г 1 "Т

1

к

1

д

а

>1

| >

•

0 * «, 9 в 6 0 7 0, ЕЯ

Рис. 2: Изменение скорости срыва пламени под действием импульсного барьерного разряда.

ния и величия приведённых полей). Об этом свидетельствует и анализ излучения второй положительной системы азота: интенсивность излучения Быте дня положительной полярности центрального электрода. В случае разряда постоянного напряжения картина меняется с точностью до наоборот. Положительная полярность постоянного напряжения заметного эффекта по изменению скорости пламени не даёт. Дпя импульсного напряжения положительной полярности, являющегося наиболее эффективным с точки зрения увеличения скорости горения, изменение скорости срыва плаыаш в зависимости от коэффидиента избытка горючего ф представлено на рис.2 (иод ф имеется в виду отношение процентного содержания горючего в смеси к процентному содержанию горючего в стехиометрияеской смеси). Видно, что наиболее сильное влияние разряда имеет место в областях с $¡>=0.65-0.75. Увеличение скорости срыва пламени в системе с барьерным разрядом превышает 100%.

Используя осциллограммы падающего и отраженного от промежутка импульсов проводилось определение энерговклада разряда в смесь. Энергия в одном импульсе равна 8 ц Дж при частоте следования импульсов 1.2 кГц, что соответствует сродней мощности около 9 Ватт, при этом мощность горелки составляет 1 кВт. Таким образом, вкладываемая в смесь энергия составила около 1% от химической энергии, выделяемой в результате горения пропапо-воз^шной смеси (при использовании генератора с импульсами длительностью 12 не данную величину удалось снизить в 10 раз).

При помощи ликосекундвой ПЗС-камеры с усилением ЬаУйоп PicoSt.nr НШ2 бы-

ли получены изображения развитая разряда. Полученные изображения позволили установить разницу в распространении разряда в холодном и подогретом газе. В пламени развитие разряда происходит белее быстро (плотность частиц ниже), а также увеличивается область наработки активных частиц - возбуждённых состояний азота (на фотографиях наблюдается излучение преимущественно второй положительной системы). Как будет показано в дальнейшем, основное влияние разряда на горение происходит именно через электронно-возбуждённые состояния азота, поэтому зона излучения является характеристикой зоны, в которой происходит влияние разряда на пламя. Отметим, что излучение происходит не только в головке стримера, где приведённые поля существенно выше, ко и в канале разряда после замыкания промежутка. Основная причина такой картины излучения в том, что даже после перекрытия (которое происходит достаточно быстро, за 3-5 не) средние поля в промежутке продолжают оставаться выше пробойного, что позволяет осуществлять эффективное возбуждение час гад электронным ударом. Однако через 10 ис основная зона разряда смещается за пределы газового потока и оказывается сосредоточенной вблизи кварцевого барьера - происходит зарядка поверхности диэлектрика. Таким образом, эффективное энерговложение происходит а течение первых 10 не, после чего остаток импульса идёт на возбуждение газа в приэлектроднок слое за продолами газового потока.

Другим параметром, позволяющим существенно управлять суммарным эпергов-кладом, является частота повторения импульсов. Были проведены измерения зависимости скорости срыва пламени от частоты повторения импульсов в диапазоне 1-6 кГц. Результаты показала, что с увеличением частоты скорость срыва пламени и, следовательно, мощность горелки, пропорционально возрастают. Такой рост связан с сокращением временного интервала между вбросом активных частиц в горючую смесь, тем самым становится возможным осуществлять стабилизацию пламени наболев высоких скоростях. Тем не менее, при дальнейшем увеличения частоты эффект увеличения скорости не возрастал, а разряд начинал гореть менее интенсивно. Эти эффекты связаны с тем, что поверхность диэлектрика при частотах около 10 кГц не успевает разряжаться в промежутке между двумя последовательными импульсами.

Помимо исследования влияния частоты повторения импульсов были проведены эксперименты но сравнению влияния на скорость срыва пламени импульсного периодического наносекудного разрада с частотой 1200 Гц и синусоидального диэлектрического барьерного разряда с частотой 50 Гц. Целью эксперимента являлось установление необходимости использования крутых фронтов нарастания напряжения. Эксперименты показали, что синусоидальная форма напряжения на промежутке не оказывает влияние на скорость срыва пламени. П^видимому, главная причина заключается в том, что энерговклад при использовании синусоидального напряжения на два порядка меньше, чем при использовании импульсного наносекундного разряда. Использование синусоидального напряжения пе позволяет увеличить этот

эиерговклад без изменения частоты (например, повышением амплитуды), так как в этом случае наблгодается филаментаризация разряда и пробой диэлектрика (это было подтверждено экспериментально с использованием фотографий, получаемых ICCD-камерой с наносе(чундным разрешением), Изучение динамики развития разряда в обоих случаях показало, что при использовании синусоидального напряжения однородность разряда существенно хуже. Таким образом, помимо общего количества вкладываемой энергии чрезвычайно важен способ вложения (тип и организация разряда). Следует использовать относительно короткие импульсы с крутым фронтом и большой частотой повторения для оптимизации вкладываемой энергии.

Для определения внутренних характеристик пламени и изучения активных частиц, способных влиять на скорость распространения пламени, была проведена их диагностика методами эмиссионной спектроскопии. Были зарегистрированы профили излучения Cî, СН и ОН без разряда и при включённом барьерном разряде с U=20 кВ ва разрядном промежутке по высоте пламени. Было установлено, что для Cj и СН в системе с барьерным разрядом максимум интенсивности излучения вырастает по своему значению, а профиль излучения прижимается к соплу к становится более узким в пространстве. Это свидетельствует об интенсификации гореиия и ускорении происходящих в пламени химических реакций. Для радикала ОН, помимо описанных выше изменений профиля, при воздействии разряда характерно также возникновение второго максимума излучения, расположенного вблизи среза сопла горелки в области локализации барьерного разряда, и отвечающего наработке радикала под его действием.

Были проведены измерения радикала ОН в основном состоянии методом ЛИФ-днагностики. Результаты экспериментов, проведённые в режиме, в котором пламя не может существовать в отсутствие яаносекундного разряда (за '^точкой срыва" пламени), представлены на рисунке 3. Было установлено, что вблизи среза сопла наблюдается наработка ОН, аналогичная той, которая наблюдается для возбуждённого радикала ОН (А). На рисунке видна динамика спада концентрации ОН вблизи зоны действия разряда и "выполаживание" фронта пламени. Смещение второго максимума ОН, отвечающего его образованию в пламени, означает "срыв" пламена в промежутке между двумя последовательными импульсами, и только благодаря новой порции атомарного кислорода из следующего импульса фронт пламени снова возвращается к срезу горелки.

Подученный эффект не может быть объяснён в терминах нагрева газа разрядом. Помимо этого, было установлено, что при одинаковом энерговкладе нагрев в пропан о-воздупгной смеси выше, чем в чистом воздухе, причём дополнительный по сравнению с воздушным потоком нагрев растёт с увеличением как частоты, так и амплитуда импульсов. Величина такого "дополнительного" нагрева достигает половины величины нагрева разрядом воздушного потока. При этом полученные значения температур лежат существенно ниже температуры воспламенения смеси данного

высота над горелкой, мм

Рве. 3: Разрешённые но времени профили ОН по высоте пламени для режима, в котором пламя не может существовать в отсутствие наносекуцдного разряда (заочной срыва" пламени).

состава. Это явление также нельзя объяснить простым нагревом газа в разряде. По-видимому, причины такого эффекта лежат в наработке разрядом активных частиц. На базе этой гипотезы в главе 5 была построена комплексная медаль влияния плазмы импульсного неравновесного барьерного разряда на пламя.

В Пятой главе предлагается модель, описывающая влияние импульсного на-носекундного разряда на параметры горения. Продемонстрировано, что все наблюдаемые эффекты могут быть объяснены в рамках концепции паработкя атомарного кислорода в плазмахимических процессах под действием импульсного разряда. Протекающие процессы могут быть разделены на три стадии — действие разряда и возбуждение компонент газа электронным ударом, плазмохимичсские процессы с участием электронно-возбужденных состояний молекул и горение смеси нового состава с повышенным содержанием атомарного кислорода. Результаты проведённого моделирования демонстрируют хорошее совпадение с экспериментальными результатами в тем самым подгверящ&ют адекватность предложенной физичоской модели плазменно-стимулироваяного горения.

Для выяснения механизмов воздействия неравновесного разряда на скорость горения требуется определить роль плазмохимнческих процессов, протекающих в разряде и предпяаменной зоне. Скорость горения, как уже отмечалось выше, зависит от скорости химических реакций в пламени, и поэтому возбуждение реагентов может

сильно влиять на скорость распространения пламена. В настоящей работе рассчитывалась наработка активных частиц в промежутке с барьерным разрядом, после чего полученные концентрации использовались как начальные условия для одномерной задачи распространения пламени н горения.

На первом этиле происходит образование возбуждённых частиц прямым электронным ударом. После подачи на электрод импульса высокого напряжения с высоковольтного электрода стартует стример, в головке которого образуются выооко-энергетичные электроны (средняя энергия до 5-6 эВ). Через несколько наносекунд (типичная скорость распространения около I мм/нс) стример полностью перекрывает межэлекгродный промежуток. Обычно генератором активных частиц в стримере является только головка, которая достаточно мала (~ 0.5 мм при напряжениях 1020 кВ). Однако в рабсгге [8] па основании результатов численного моделирования в 1.50 геометрии указано на возможность режима, при котором реализуется достаточно высокое электрическое поле во всем канале, тем самым увеличивая производство химически активных частиц. Данный режим достигается после перекрытия стримером разрядного промежутка на недостаточных для формирования искрового пробоя промежутка временах. При этом одним из существенных сопутствующих: явлений является формирование обратной волны, выравнивающей электрическое поле по всей длине разрядного промежутка, после чего наработка электровяо-возбуждёк-ных частиц в промежутке происходит практически однородно. В случае барьерного разряда образования искрового канала не происходит, несмотря на значительные времена, так как один из электродов прикрыт "барьером"-диэлектриком, ограничивающим максимальный ток. Таким образом, можно ожидать увеличения наработки активных частиц в режиме замыкания стримером межэлектродаого промежутка за счет их дополнительной наработки в канале. Ниже приведены основные процессы, происходящие при возбуждении газа электронным ударом.

• Упругие столкновения электронов с молекулами.

• Колебательное возбуждение молекул.

• Возбуждение электронных состояний молекул.

• Диссоциация молекул.

• Ионизация молекул.

Анализ распределения энергии высоковольтного импульса по вышеперечисленным процессам в интересующем пас диапазоне приведённых полей (200-500 Тд) был проведён в двучленном приближении уравнения Больцмана. Результаты этого анализа представлены на рис.4. Основная часть энергии вкладывается в электронное возбуждение молекул (особенно молекул азота) и диссоциацию, а при ббльших полях - в ионизацию молекулы азота.

приведенное алектричвско» поле, Тд

Рис. 4: Распределение энергии импульса по процессам возбуждения электронным ударом.

В течение второго этапа (характерные времена - 100 не - 10 мке) активно идут процессы с участием образовавшихся возбуждённых частиц и атомпо-молекулярные реакции. Ключевыми из них являются реакция тушения электропно-всебуждёякых молекул азота на молекулярном кислороде с диссоциацией последнего, например,

л^Е:) + + 0 +

а также диссоциация молекулы кислорода через её электронно - возбуждённые состояния в следующих процессах:

02(ег,етс.) - 0{3Р) + 0(*Р)

02(е1-ыс.) 0(*Р) + ОС Б)

Согласно диаграмме энергетических уровней, атом кислорода в состоянии 0(4?) образуется из электронно-возбуждённого состояния молекулы {энергия

возбуждения из основного состояния 8.4 эВ). Количество атомов О, образовавшихся в последней реакции, приблизительно в 3 раза превышает эту величину для первой реакции. В результате, более половины образовавшихся атомов находятся в состоянии О1 В.

Анализ показывает, что в течении мпвдосекунды существенная часть электронного и колебательного возбуждения переходит в диссоциацию кислорода и углеводородов. Таким образом, третий этап - распространение пламени но возбуждённой

19

смеси - можно рассматривать как горение новой смеси, образовавшейся на выходе из сопла горелки после действия импульсного барьерного разряда. Используя распределение энергия импульса по процессам возбуждения реагентов, были рассчитаны концентрации молекул, атомов в радикалов, образовавшихся в результате воздействия на смесь высоковольтного импульса. Выло получено, что концентрация атомарного кислорода может достигать достаточно больших значений (до 1% от общего содержания кислорода в смеси), что и объясняет столь существенное ускорение пламени барьерным разрядом.

Моделирование горения и распространения одномерного предварительно перемешанного пронано-воздушного пламени осуществлялось с использованием программы "Ргепих" вычислительного пакета "СЬетМп-1Г. Кроме кинетики химических реакций, в расчёт были включены диффузия компонентов смеси, термодиффузия и перенос текла. Результаты показали, что с увеличением исходной концентрации атомов кислорода происходит сужение области фронта пламени (зоны, где проходят основные реакции горения и сосредоточено энерговыделение), что означает увеличение скорости горения. Атомы О, образующиеся в зоне разряда на срезе сопла, участвуют в реакциях разветвления цепи. При низких температурах скорость обрыва существующих цепей превышает скорость образования новых, и исходной концентрации недостаточно для воспламенения смеси и поддержания горения. Поэтому с точки зрения эффективного использования Энергии разряда ключевую роль играет рост темпера*-туры, связанный с потоком тепла из области энерговыделения в пламени. Радикалы, образовавшиеся в предварительно прогретом потоке, порождают цепи существенно большей длины и энерговыделение в результате единичного акта диссоциации молекулы кислорода в разряде увеличивается. Таким образом, смещение зоны разряда в область, непосредственно прилегающую к фронту пламени, существенно увеличивает эффективность разряда как механизма управлением пламенем.

3 Основные результаты и выводы

В настоящей работе была экспериментально и численно исследована возможность управления режимами распространения пламён при помощи электрических полей и разрядов. В результате работы:

• Разработана и ообрана горелка для исследования предварительно перемешанных и диффузионных пламён в слабых электрических полях. Исследовано горение пропано-воздушной смеси в режиме ламинарного диффузионного пламени. Найдены диапазоны параметров, при которых электрическое поле оказывает существенное влияние на газодинамическое поведение пламени. Установлено, что в условиях эксперимента определяющим с точки зрения изменения газодинамики пламени является действие йодного ветра. Показано, что роль ионного

ветра в процессах изменения скорости пламени при скоростях потока выше 1 м/с вод действием импульсного наносекунцного разряда незначительна.

Изучено изменение скорости горения предварительно перемешанной газовой смеси под действием различных типов разрядов. Проведён сравнительный анализ влияния полярности н типа напряжения (постоянного или персмепного) барьерного разряда на скорость распространения пламени. Установлено, что наиболее эффективным с точки зрения увеличения скорости распространения пламени являетея импульсный наносекундный барьерный разряд положительной полярности.

Подучена экспериментальная демонстрация стабилизации горения высокоскоростных топливо-воздушных потоков, а также бедных толливосодержащнх смесей, при помощи импульсного напосекундного барьерного разряда. Для данного разряда экспериментально осуществлено устойчивое распространение пламени в бедной пропано-воздашной смеси с той же скоростью срыва, но содержанием горючего в два раза меньшим, чем в системе без разряда. Получено более чем двукратное увеличение скорости срыва пламени 1гри одинаковой концентрации топлива в смеси при энерговкладе разряда в смесь менее 0.1% от химической мощности горелки. Получены результаты, демонстрирующие повышение полноты сгорания при использовании импульсного наносекуцщгого разряда. Проведено сравнение эффективности импульсного наяосекувдного барьерного раз-рада и синусоидального барьерного разряда частотой 50 Гц, установлены причины преимущества использования первого типа разрвда.

Проведены спектроскопические исследования, позволяющие говорить о дополнительном образовании радикала ОН в результате воздействия импульсного на-нооекуидного барьерного разряда на топливо-воздушную смесь. Методом ЛИФ-диагностики получены профиля распределения радикала ОН в пламени и пред-пламенной зоне с микросекундами разрешением. Сделан вывод, что в ускорении горения ключевую роль играет образование радикалов под действием импульсного нанооекундного барьерного разряда в предапаменной зоне. Дополнительное тепловыделение в топливовоздушных смесях по сравнению с чистым воздухом объясненяется образованием атомарного кислорода и водорода в барьерном разряде. Отдельно проанализирована роль нагрева смеси разрядом в ускорении скорости срыва пламена. Установлено, что роль термического разогрева газа в разряде в общем эффекте увеличения температуры чрезвычайно мала.

Построена комплексная физическая модель, описывающая управление предварительно переметанным пламенем и изменение скорости его распространения при помопщ наносекуядного импульсного барьерного разряда. Показано, что

основной механизм воздействия плазмы на параметры горения заключается в изменении начального ооегава смеси, ведущем к развитию цепнотеплового механизма реакций в предпламеккой зоне. В неравновесном разряде происходит электронное возбуждение компонентов газа, приводящее к образованию активных частиц (в частности, атомарного кислорода) и последующему ускорению процессов, определяющих скорость горения и распространения пламени. Преимуществом использования сильнонеравновесной плазмы импульсного наносе-кундного разряда является наибольшая эффективность вложения энергии по сравнению с другими способами воздействия.

• Проведено численное моделирование распространения одномерного предварительно перемешанного пламени с учетом дополнительного возбуждения газа в разряде. Результаты моделирования — профили концентраций атомов и радикалов, а также температуры и скорости пламени, качественно соответствуют полученным экспериментальным данным и позволяют сделать заключение об адекватности предложенной физической модели плазменно-стимулированного горения.

Список литературы

[1] Brande, W.T. - Phil. TVans. Roy, Soc., 1814, 104, 51.

[2] Malinwsky, A.E., J.Chem.Phys,, Paris, 1924, 21, p. 469.

)3] Herman, C.H., Grill, R.J., and Calcote, H.F, "NO* reduction in flames stabilized by an electric field4, ASME Fossil Combs. Symposium, 1991, 3rd Energy-Sources Technology Conference, Houston, TX.

[4] Malinovsky, А.Б. "Sotsialistichesfeaya Reconstruktsia i Razvitie" (Socialistic Reconstruction and Development), Moscow, 1934, 7, 24.

|5j Fialkov, A.B. "Investigation on Ions in Flames", Prog.Energy Combust.Sci. 1997, 23, pp .399-528.

|6j Calcote, H.F. "Effect of dc Electric Field on Burner Flame", Princeton University, Project Squid Technical Report, 194S,

(7) Lawton, J, and Weinberg, F. "Electrical Aspects of Combustion", 1969, Clarendon Press, Oxford.

[3] Александров Н.Л., Базалян Э.М., Васильев B.A. "Наработка активных частиц в дымовых газах с помощью стримеркого разряда в режиме перекрытия" Тезисы доклада XVII научной конференции МФТИ, г. Долгопрудный, МФТИ. 4 (1999) 149.

4 Публикации

Результаты работы представлены в следующих публикациях:

1. Н.Б. Аникин, С.А. Божепков, Д.В. Зацепил, Е.И. Минтусов, С.В, Панчешный, С.М. Стариковская, А.Ю, Стариковский Импульсные наносекукдные разряды и иг прилунения. Химия низкотемпературной плазмы: тематический том энциклопедической серии "Энциклопедия низкотемпературной плазмы". Том VIII-1, стр. 171-355. М., "ЯНУС-К", 2005.

2. A.Yu. Starikovskii, N.B, Anikin, I.N. Kosatcv, E.I, Mintoussov, S.M. Starikovskaia, V.P. Zhukov Plasma-assisted combustion. Pure Appl. Chem. 78(6), 1265-1298, 2006.

3. A. Krasnochub, E. Mintoussov, A. Nikipelov, S. Sfcarikovskaia, A. Starikovskii Rapid Combustion Achievement by Nanosecond Barrier Discharge. 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, January 9-12,2006, Reno, Nevada, USA, AIAA paper 2006-614.

4. I.N, Kosarev, E.I. Mintoussov, S.M. Starikovskaya, A.Yu, Starikovskii Control of Combustion and Ignition of Hydrocarbon-Air Mixtures by Nanosecond Pulsed Discharges. AIAA/CIRA 13th International Space Planes and Hypersonics Systems and Technologies Conference, May 16-20, 2005, Capua, Italy, AIAA paper 20053429.

5. S.M. Starikovskaia, I.N. Kosarev, A.V. Krasnochub, E.I. Mintoussov, A.Yu. Starikovskii Control of Combustion and Ignition о/ Hydrocarbon- Containing Mixtures by Nanosecond Pulsed Discharges. 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, January 9-12, 2005, Reno, Nevada, USA, AIAA paper 2005-1195.

6. E.I. Mintoussov, S.V. Pancheshnyi, A.Yu. Starikovskii Propane-Air Flame Control by Non-Equilibrium Low-Temperature Pulsed Nanosecond Barrier Discharge. 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, January 8-12, 2004, Reno, Nevada, USA, AIAA paper 2004-1013.

7. N.B. Anikin, E.I. Mintoussov, S.V. Pancheshnyi, D.V Roupassov, V.E. Sych, A.Yu. Starikovskii Non-Equilibrium Plasma and Its Applications for Combustion and Hypersonic Flow Control. 41th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, January 6-9, 2003, Reno, Nevada, USA, AIAA paper 2003-1053.

8. M.M. Нудиова, A.B. Красночуб, Е.И. Миптусов, А.Ю, Огариковский Исследование стримерной вспышки и её применение для управления реагирующими потоками. Сборник работ "Физика экстремальных состояний веш,сства-2005л, стр.221.

9. E.I. Mintoussov, A.A. Nikipelov, S.M. Starikovskaia, A.Yu. Starikovskii Mechanisms of nanosecond barrier discharge influence on flame propagation. Proceedings of the XVI International Conference on Ges Discharge and their Application, Xi'an, China, September 11-15, 2006, vol. 1, p.209.

10. E.I. Mintoussov, A-A. Nikipelov, S.E. Yankina, A.Yu. Starikovskii The Mechanism of Pulsed Nanosecond Discharge Influence on flame. Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers of 18th Europhysics Conference on the Atomic and Molecular Physics. Lecce, Italy, July 12-16, 2006, p.389.

11. S.E. Yankina, A.A. Nikipelov, E.I. Mintoussov, S.M. Starikovskaia, A.Yu. Starikovskii Mechanisms of Flame Control by Nanosecond Pulsed Discharge. Abstracts of Work-in-Progress Poster Presentations of 31st International Symposium on Combustion, Heideibrg, Germany, August 6-11, 2006, p.4 7.

12. Е.И. Минтусов, А.Ю. Стариковский Стабилизация сверхбыстрых пллме'к бедных топливпо-воздушных смесей атмосферного давления при помощи низкотемпературной плазмы неравновесного Барьерного разряда. Сборник тезисов II Международной научно-технической конференция "Авиадвигатели XXI века", Москва, 06-09 декабря 2005 г, том III, стр.167.

13. A.V. Krasnochub, E.I. Mintoussov, A.A. Nikipelov, S.M. Starikovskaia, A.Yu. Starikovskii Fast flame control by nanosecond barrier discharge. "Физика ударных волн, горения, детонация и неравновесных процессов", научное издание Института тепло- и м&ссообмена им. А.В, Лыкова НАН Беларуси, Минск, стр.71-72.

14. S. Starikovskaia, Е. Mintoussov, I. Kosarev, A. Nikipelov, A. Starikovskii Efficiency of Nanosecond High-Voltage Discharge in Ignition and Combustion Enhancement. Bulletin of American Physical Society, Program of the 58th Annual Gaseous Electronics Conference (GEC), October 16-20, 2005, San Jose, California, Vol.50, No. 7, p.34.

15. I.N. Kosarev, E.I. Mintoussov, S.M. Staittovskaya, A.Yu. Starikovskii Plasma Aided Combustion. Proceedings (Full-paper CD) of 17th International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC 17), August 7th-12th, 2005, Toronto. Canada, p.999.

16. E.I. Mintoussov, A.V. Krasnochub, A.Yu. Starikovskii Combustion of Mixtures Electronically- Vibrationally Excited by Nanosecond Barrier Discharge. Abstracts of 17th International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC 17), August 7tb-12th, 2005, Toronto, Canada, p. 1014.

17. E.I. Mintoussov, M.M. Nudnova, A.V. Krasnochub, A.Yu Starikovskii The Influence Nanosecond Poke-Periodical Barrier Discharge Plasma on Kinetics of Combustion. Proceedings of the 15th International Conference on MHD Energy Conversion and

6th Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics, Moscow, 2005, May 24-27, vol.1 p.354-358.

18. Е.И. Минтусов, А.В. Красночуб, Л.Ю. Стариковский Моделирование кинетики горен ил амесеЙ с алектронно-колебателъна возбуждёнными компонентами. Сборник трудов 4-го Международного Симпозиума по Теоретической и Прикладной Плаэмохимии, Иваново, Россия, 13-18 мая 2005, том1, стр.136-139.

19. Е.И. Минтусов Управление горением при помощи низкотемпературной плазмы неравновесного барьерного разряда. Сборник материалов первой Всероссийской конференции молодых учёных 26-29 апреля, Томск, Россия, стр.270.

20. ЕЛ. Mintoussov, A.Yu. Staiifeovskii Flame Control by Means of Low-Tempe.ratv.re Plasma of Non-Eqtiilibrium Barrier Discharge. Puhe Repetition Rate Influence. Book of Abstracts of European Combustion Meeting, Louvain-larNeuve, Belgium April 3-6, 2005, p. 107.

21. Е.И. Минтусов, А.Ю. Стариковский Управление горением при помощи низкотемпературной плазмы неравновесного барьерного разряда. Влияние частоты повторения импульсов. Тезисы докладов 13-го Симпозиума по ГЬрению и Взрыву, Черноголовка, Россия, 7 -11 февраля 2005 г, стр.14.

22. S.M. Starikovskala, N.B, Anikin, E.N. Kubaev, E.I. Mintoussov, S.V, Pancheshnyi, A.Yu. Starikovskii Ignition and Combustion of Gas Mixtures Assisted by Plasma of Nanosecond Discharges. Proceedings of the XVth International Conference on Gas Discharges and their Applications (GD2004), Toulouse, FVance, September 5-10, 2004, vol.2, p.977.

23. N.B. Anikin, B.N. Kukaev, E.I. Mintoussov, S.V. Panchesbnyi, S.M. Starikovskaia, A.Yu, Starikovskii Influence of Nanosecond Pulsed Discharges on the Combustible Mixtures Conference Proceedings of ESCAMPIG-17 (17th European Conference on Atomic end Molecular Physics of Ionized Gases), Constanta, Romania, September 1-5, 2004, p.243.

24. E.H. Кукаев, Е.И. Минтусов, C.B. Панчешный С М. Огариковская, А.Ю. Стариковский Воздействие напосехундних импульсных разрядов па горючие смеси при различные температурах. Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004, 23-30 июня 2004, Петрозаводск, 2004, т1, стр.179,

25. К.В. Аникин, Е.И. Минтусов, Е.Н. Кукаев, С.М. Стариковская, А.Ю. Стариковский Плазменное управление воспламенением и горением с помощью им-щаъсных неравновесных разрядов. ТЪзисы XIX международной конференции "Уравнения состояния вещества", п. Эльбрус, 1-6 марта 2004, стр.81.

26. E.I. Mmtoussov, A.Yu. Starikcwskii Flames Control by Means of Non-Equilibrium Low- Temperature Nanosecond Silent Gas Discharge Ptasma. Abstracts of 16th Internationa] Symposium on Plasma Chemistry, June 22-27, 2003 in Taorraina, p.223.

27. N.B, Anikin, E.I. Mintoussov, S.M. Starikovskaia, A.Yu. Starikovskii Ignition and Flame Control by Nanosecond Pulsed Gas Discharges. Contributed Papers of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, St. Petersburg, Russia, 7-11 July 2003, ECA Vol 27A, p.4.112.

28. E.I. Mintoussov, S.V. Pancheshnyi, A.Yu. Starikovskii Propane-Butane-Air Premized Flame Control By Nanosecond Pulsed Streamer Discharge. Abstracts of International Conference on Physics of Low-Temperature Plasma, Kiev, Ukraine, May 11-15, 2003, p.4-9-4«.

29. E.I. Mintoussov, S.V, Pancheshnyi, A.Yu. Starikovskii Propane-Butane-Air Premized Flame Control By Nanosecond Puked Streamer Discharge. Abstracts of 5th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications, April 7-10, 2003, Moscow, Russia, clp.79-80.

30. Б.И. Минтусов, C.M. Стариковская, А.Ю. Стариковский Воспламенение и управление горением горючих смесей имп&мьекыми разрядами. Тезлсы докладов XVIII Международной конференции "Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество", 1-S марта 2003 г., и, Эльбрус, Россия, стр. 134-135.

31. Б.И, Миитусов, А.Ю. Стариковский Влилкме Барьерного разряда на нормальную скорость распространения пламени. Тезисы XI конференции по физике газового разряда, июнь 2002 г., Рязань, Россия, ч.2 стр,87-89.

Заказ №973 Тираж: 75 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское т., 36 <495) 975-78-56 www.autoreferat.ru

 
Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Минтусов, Евгений Игоревич

1 Введение

1.1 Актуальность темы.

1.2 Цель работы и постановка задачи

1.3 Научная новизна и практическая ценность работы.

1.4 Положения, выносимые на защиту.

2 Обзор литературы "

2.1 Роль радикалов и возбуждённых частиц в горении.

Способы управления параметрами горения.

2.2 Механизмы стабилизации пламён при помощи электрических полей. Ионный ветер.

2.3 Механизмы влияния плазмы газовых разрядов на горение и пламёна. Неравновесные разряды.

3 Влияние слабых электрических полей на пламёна

3.1 Экспериментальная установка

3.2 Основные экспериментальные результаты.

3.2.1 Влияние приложенного электрического поля на поведение диффузионного пламени.

3.2.2 Изменение скорости срыва пламени предварительно перемешанной смеси постоянным электрическим полем

3.3 Взаимодействие электрических нолей с пламёнами. Ионный ветер.

3.3.1 Влияние ионного ветра на газодинамику диффузионных пламён.

3.3.2 Эффективность ионного ветра в управлении скоростью распространения предварительно перемешанных пламён.

4 Влияние импульсного наносекундного барьерного разряда на пламёна

4.1 Экспериментальная установка

4.1.1 Горелка и система электродов.

4.1.2 Генератор импульсных напряжений (ГИН).

4.1.3 Система подачи газов.

4.1.4 Система оптической диагностики. ПЗС-спектрометр.

4.1.5 Система ЛИФ-диагностики.

4.2 Основные экспериментальные результаты по изменению скорости срыва пламени.

4.2.1 Определение оптимальной геометрии с максимальным эффектом воздействия высоковольтного барьерного разряда на пламя.

4.2.2 Увеличение скорости распространения пламени при возбуждении газа импульсным высоковольтным разрядом

4.3 Анализ влияния параметров наносекундного импульсного разряда па пламёна

4.3.1 Измерение энерговклада разряда в промежуток

4.3.2 Влияние частоты повторения импульсов и их амплитуды

4.3.3 Сравнение влияния импульсного наносекундного барьерного разряда и синусоидального барьерного разряда частотой 50 Гц на пламя.

4.3.4 Влияние длительности импульса.

4.3.5 Степень заполнения разрядного промежутка. Анализ оптимального размера разрядного промежутка

4.4 Диагностика активных частиц в пламени методами эмиссионной спектроскопии

4.4.1 Реакции образования возбуждённых состояний в пламени

4.4.2 Профили излучения возбуждённых частиц в разряде и в пламени.

4.4.3 Измерение температуры разряда и пламени.

4.5 ЛИФ-диагностика радикала ОН в пламени и предпламенной зоне.

4.6 Измерение температуры реагирующих газовых потоков в барьерном разряде

5 Физическая модель влияния газового разряда на горение

5.1 Образование возбуждённых состояний в импульсном папо-секундном барьерном разряде.

5.1.1 Определение приведённого электрического поля

5.1.2 Распределение энергии импульса по каналам возбуждения

5.2 Плазмохимические реакции, протекающие в предпламеппой зоне.

5.3 Горение и кинетика реакций в предварительно возбуждённой смеси. Результаты моделирования.

 
Введение диссертация по физике, на тему "Термически-неравновесное управление пламёнами при помощи плазмы газового разряда"

1.1 Актуальность темы

Впервые о влиянии электрического поля на пламя стало известно в 1814 году, когда Бранде опубликовал работу [1] о значительном изменении поведения пламени при его помещении между двумя электродами. Согласно автору, роль поля в процессах теплообмена и переноса вещества столь велика, что пламя и сажа начинают двигаться по направлению к отрицательно заряженной поверхности. Таким образом, Бранде стал первым, кто изменил параметры распространения пламени при помощи электрического поля.

С тех пор взаимодействие электрических полей и разрядов с пла-мёнами широко исследуется во всём мире. Главной задачей большинства работ в этой области является применение электрического поля для стабилизации пламён [2], наработки атомов, ионов и активных радикалов, связывающих вредные выбросы тепловых электростанций и химических производств (NOx, SO2, .) [3], расширения пределов воспламенения или увеличения яркости свечения пламени. Обзоры работ в этой области можно найти в [4], [5]. Интерес представляет и задача определения фундаментальных механизмов управления устойчивостью горения. Известно, что неустойчивый режим горения в энергетических установках, предназначенных для сжигания твёрдых, жидких и газообразных топлив, проявляется в самопроизвольном возникновении автоколебательных режимов горения, которые сопровождаются значительными колебаниями скорости тепловыделения, давления и механическими колебаниями камеры сгорания, а иногда и разрушением самой установки. Поэтому проблема эффективного управления устойчивостью горения является актуальной.

Отдельную группу исследований составляют работы по применению электрических полей и разрядов с целыо изменения скорости распространения пламени. Используя электрическое поле, можно снизить скорость распространения пламени вдоль канала и даже потушить его [2], или же, напротив, ускорить пламя, увеличив скорость его срыва [б]. Данное направление представляется весьма перспективным и многообещающим с точки зрения практического применения, например, в гиперзвуковых прямоточных реактивных двигателях самолётов, где требуется осуществлять горение как можно более быстро и полно. Более быстрое горение означает также и возможность сжигать более бедные смеси, что приводит к понижению температуры горения и снижению количества образующихся вредных примесей ГЮх.

Резюмируя, можно сказать, что решение проблемы однородного поджига топливно-воздушной смеси и увеличения скорости горения/сгорания необходимо для следующих практических приложений:

• Расширение пределов воспламенения и горения топливо-воздушных смесей.

• Реализация горения бедных топливпо-воздушных смесей, не горящих в нормальных условиях.

• Перезапуск двигателя на большой высоте полёта (около 10 км)

• Стабилизация горения, удержание пламени, пилотные пламёна (для ГТУ)

• Быстрое сгорание в прямоточном реактивном двигателе

• Снижение температуры горения и сокращение количества выбросов вредных веществ (окислы N0)

Дискуссия о конкретных механизмах, посредством которых электрическое поле изменяет скорость горения, идёт уже многие годы. Различными группами авторов предполагаются несколько основных механизмов влияния плазмы газового разряда па характеристики горения: термический нагрев (в том числе локальный перегрев в канале разряда), наработка "активных частиц" - радикалов, способных повышать скорость цепных реакций, генерация "ионных цепочек", в которых происходит перераспределение запасённой энергии, и другие. Тем не менее, вопрос об области действия таких механизмов остаётся открытым. Также открыт вопрос о том, какие типы газового разряда (искровой, дуговой, ВЧ и СВЧ, стримерный) следует использовать для стабилизации горения при заданных параметрах, и какие именно параметры разряда являются критичиыми в терминах максимальной эффективности управления горением. Нет на сегодняшний день и физической модели, способной описать результаты экспериментов различных авторов.

Таким образом, задача определения механизмов управления горением при помощи плазмы газового разряда вызывает большой интерес среди учёных всего мира. Проблема выявления таких механизмов особенно актуальна в связи с резким усилением интереса к возможности дополнительного управления динамикой пламён с помощью неравновесной плазмы.

 
Заключение диссертации по теме "Физика плазмы"

Основные результаты и выводы

В настоящей работе была экспериментально и численно исследована возможность управления режимами распространения пламён при помощи электрических полей и разрядов. В результате работы:

• Разработана и собрана горелка для исследования предварительно перемешанных и диффузионных пламён в слабых электрических полях. Исследовано горение пропано-воздушной смеси в режиме ламинарного диффузионного пламени. Найдены диапазоны параметров, при которых электрическое поле оказывает существенное влияние на газодинамическое поведение пламени. Установлено, что в условиях эксперимента определяющим с точки зрения изменения газодинамики пламени является действие ионного ветра. Показано, что роль ионного ветра в процессах изменения скорости пламени при скоростях потока выше 1м/с под действием импульсного нано-секуидпого разряда незначительна.

• Изучено изменение скорости горения предварительно перемешанной газовой смеси под действием различных типов разрядов. Проведён сравнительный анализ влияния иоляриости и типа напряжения (постоянного или переменного) барьерного разряда на скорость распространения пламени. Установлено, что наиболее эффективным с точки зрения увеличения скорости распространения пламени является импульсный иаиосекундиый барьерный разряд положительной полярности.

• Получена экспериментальная демонстрация стабилизации горения высокоскоростных топливо-воздушных потоков, а также бедных топливосодержащих смесей, при помощи импульсного наносекундпого барьерного разряда. Для данного разряда экспериментально осуществлено устойчивое распространение пламени в бедной пропано-воздушной смеси с той же скоростью срыва, по содержанием горючего в два раза меньшим, чем в системе без разряда. Получено более чем двукратное увеличение скорости срыва пламени при одинаковой концентрации топлива в смеси при энерговкладе разряда в смесь менее 0.1% от химической мощности горелки. Получены результаты, демонстрирующие повышение полноты сгорания при использовании импульсного папосскупдного разряда. Проведено сравнение эффективности импульсного напосскундпого барьерного разряда и синусоидального барьерного разряда частотой 50 Гц, установлены причины преимущества использования первого типа разряда.

• Проведены спектроскопические исследования, позволяющие говорить о дополнительном образовании радикала ОН в результате воздействия импульсного наносекундного барьерного разряда на топливо-воздушную смесь. Методом ЛИФ-диагностики получены профили распределения радикала ОН в пламени и предпламенной зоне с микросекундным разрешением. Сделан вывод, что в ускорении горения ключевую роль играет образование радикалов под действием импульсного наносекундного барьерного разряда в предпламенной зоне. Дополнительное тепловыделение в топливовоздуш-ных смесях по сравнению с чистым воздухом объяснепяется образованием атомарного кислорода и водорода в барьерном разряде. Отдельно проанализирована роль нагрева смеси разрядом в ускорении скорости срыва пламени. Установлено, что роль термического разогрева газа в разряде в общем эффекте увеличения температуры чрезвычайно мала.

• Построена комплексная физическая модель, описывающая управление предварительно перемешанным пламенем и изменение скорости его распространения при помощи наносекундного импульсного барьерного разряда. Показано, что основной механизм воздействия плазмы на параметры горения заключается в изменении начального состава смеси, ведущем к развитию цеппо-теплового механизма реакций в предпламепиой зоне. В неравновесном разряде происходит электронное возбуждение компонентов газа, приводящее к образованию активных частиц (в частности, атомарного кислорода) и последующему ускорению процессов, определяющих скорость горения и распространения пламени. Преимуществом использования сильнонеравновесной плазмы импульсного напосекундного разряда является наибольшая эффективность вложения энергии по сравнению с другими способами воздействия.

• Проведено численное моделирование распространения одномерного предварительно перемешанного пламени с учетом дополнительного возбуждения газа в разряде. Результаты моделирования — профили концентраций атомов и радикалов, а также температуры и скорости пламени, качественно соответствуют полученным экспериментальным данным и позволяют сделать заключение об адекватности предложенной физической модели плазменно-стимулировапного горения.

 
Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Минтусов, Евгений Игоревич, Долгопрудный

1. Malinovsky, A.E., //J.Chem.Phys., Paris, 1924, 21, p. 469.

2. Berman, C.H., Grill, R.J., and Calcotc, H.F. "NOx reduction in flames stabilized by an electric field" //ASME Fossil Combs. Symposium, 3rd Energy-Sources Technology Conference, Houston, TX, 1991.

3. Малиновский А. //Социалистическая реконструкция и развитие, Москва, 1934, 7, 24.

4. Fialkov, А.В. "Investigation on Ions in Flames" //Prog.Energy Combust.Sci. 1997, 23, pp.399-528.

5. Calcote, H.F. "Effect of dc Electric Field on Burner Flame" //Princeton University, Project Squid Technical Report, 1946.

6. Warnatz J, Maas U, Dibble R.W. "Combustion: physical and chemical fundamentals, modeling and simulations, experiments, pollutant formation" //Springer!, Berlin, Germany, 2001.

7. Arrhenius S. //Z.Phys.Chem. 4:226, 1889.

8. Semenov N.N. "Chemical Kinetics and Chain Reactions" //Oxford University Press, London, 1935.

9. Morsy M, Ко Y, Chuhg S and Clio P "Laser-induced two-point ignition of prernixture with a single-shot laser" //Combust. Flame 125, 2001, p.724.

10. Phuoc T X and White F P "Laser-induced spark ignition of CH4/Air mixtures" //Combust. Flame 119, 1999, p.203-216.

11. Phuoc T X "Laser spark ignition: experimental determination of laser-induced breakdown thresholds of combustion gases" //Optics Commun 175, 2000, p.419-423.

12. Ma J X, Alexander D R and Poulain D E "Laser spark ignition and combustion characteristics of methane-air mixtures" //Combust. Flame 112, 1998, p.492-506.

13. Arnold A, Hemberger R, Herden R, Ketterle W, Wolfram J. "Laser stimulation and observation of ignition processes in CH30H-02 mixtures" //23rd Symp. (Intl) Comb., The Combustion institute, Pittsburgh, 1990, p.1783.

14. Maas U, Warnatz J. "Ignition processes in hydrogen-oxygen mixtures" //Comb. Flame, 74:53, 1988.

15. Xu J, Behrendt F, Warnatz J. "2D-LIF investigation of early stages of flame kernel development after spark ignition" //Proc. COMODIA. JSME, Yokohama, 1994, p.69.

16. Galley D, Pilla G, Lacoste D, Ducruix S, Lacas F, Veynante D and Laux C 0 "Plasma-enhanced combustion of a lean premixed air-propane turbulent flame using a nanosecond repetitively pulsed plasma" //AIAA paper 2005-1193.

17. Brovkin V G and Kolesnichenko Yu F "Structure and dynamics of stimulated microwave gas discharge in wave beams" //J. Mosc. Phys. Soc. 5 23-38, 1995.

18. Wang F, Liu J B, Sinibaldi J, Brophy C, Kuthi A, Jiang C, Ronney P, and Gundersen M A "Transient plasma ignition of quiescent and flowing air/fuel mixtures" //IEEE Trans, on Plasma Science 33 No.2, 2005.

19. Anikin N B, Mintoussov E I, Pancheshnyi S V, Roupassov D V, Sych V E, Starikovskii A Yu "Nonequilibrium plasmas and its applications for combustion and hypersonic flow control" //AIAA paper 2003—1053.

20. Bozhenkov S A, Starikovskaia S M, Starikovskii A Yu "Nanosecond gas discharge ignition of H2 and CH4 - containing mixtures" //Combust. Flame, 2003, 133, 133-146.

21. Lou G, Bao A, Nishihara M, Keshav S, Utkin Y G and Adamovich I V "Ignition of premixed hydrocarbon-air flows by repetitively pulsed, nanosecond pulse duration introduction plasma" //AIAA paper 2006-1215.

22. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. "Кинетика и механизм газофазных реакций" //М.: Наука, 1975.

23. Williams S, Popovic S, Vuskovic L, Carter C, Jacobson L, Kuo S, Bivolaru D, Corera S, Kahandawala M and Sidhu S "Model and igniter development for plasma assisted combustion" //AIAA paper 2004—1012.

24. Bradley, D. "The Effects of Electric Fields on Combustion Processes" //in Advanced Combustion Methods, Academic Press Inc., London, 1986, p. 331-394.

25. Минтусов Е.И., Стариковский А.Ю. //Сборник трудов XLIV Юбилейной Научной Конференции МФТИ, 2001, стр.38.

26. Ягодников Д., Воропецкий А. "Влияние внешенго электрического поля па особенности процессов воспламенения и горения" //ФГВ, 1994, 3, стр.3-12.

27. Исаев Н.А. "Экспериментальное изучения влияния электрического поля на стабилизацию ламинарного пламени" //Диссертация на соискание учёной степени кандидата наук, Чувашский Государственный Университет, Чебоксары, Россия, 1974.

28. Fialkov A, Muravlyov V, Fialkov В. //Abstarct of 25th Syrnp. (Intl) Comb., The Combustion institute, Pittsburgh, 1994, p.2-89.

29. Heinsohn R, Becker P. "Effect of Electric Fields on Flames" //in Combustion Technology, eds H. Palmer and J. Beer, Academic Press, NY, 1974.

30. Turns S, Muhr F. "Oxides of nitrogen emissions from turbulent jet flames. Pt.l. Fuel effects and flame radiation" //Comb. Flame, 3-4, 87, 1991, p.319-335.

31. Кидин Н.И., Либрович В.Б. "О собственном электрическом поле ламинарного пламени" //ФГВ, 5, 1974, стр.696-705.

32. Ватажип А.Б., Лихтер В.А., Сепп В.А., Шульгин В.И. "Влияние электрического поля на эмиссию окислов азота" //Изв. РАН. МЖГ, 2, 1995, стр. 13-23.

33. Calcote, H.F., and Berman, С.Н. "Increased methane-air stability limits by a DC electric field", ASME Fossil Fuels Combustion Symposium PD, 1989, 25, 25-31.

34. Calcote, H.F., and Pease, R. //Industrial and Engeneering Chemistry, 1951, 43, p.2726.

35. Sher, E., Porkyvailo, A., Jacobson, E. and Mond, M. "Extinction of Flames in a Nonuniform Electric Field" //Combustion Science and Technology, 1992, Vol." 87, pp. 59-67.

36. Polanyi, M.L., and Markstein, G.H. "Phenomena in Electrically and Acoustically Disturbed Flames" //Cornell Aeronautical Lab., Project Squid Technical Memorandum No CAL-3, 1947.

37. Щебеко, Ю.Н. "О влиянии переменного электрического поля на нормальную скорость горения органических соединений в воздухе" //ФГВ, 1982, 18, 4, стр.48-51.

38. Химия горения" //под ред. У. Гардипера мл., М.: Мир, 1988.

39. Tewari, G.P., Wilson, J.R. "An Experimental Study of the Effects of High-Frequency Electric Fields on Laser-Induced Flame Propagation" //Combust. Flame, 19.75, 24(2), p.159-167.

40. Елецкий, А.В., Палкина, Л.А., Смирнов Б.М. "Явления переноса в слабоионизованной плазме" //М.: Наука, 1975

41. A. Knijnik, В. Potapkin, S. Korobtsev, D. Medvedev, V. Rusanov, V. Shiryaevsky //14th Int. Symp. on Plasma Chem., Prague, 1999. V.5. p.2319.

42. Панчешный С.В., Собакин С.В., Стариковская, С.М., Стариковский, А.Ю. "Динамика разряда и наработка активных частиц в катодо-направленном стримере" //Физика плазмы, 2000, 26, 12, стр. 11261138.

43. Thiele М, Warnatz J and Maas U "Geometrical study of spark ignition in two dimensions" //-Combust. Theory Modelling, 2000, 4, 413-434.

44. Thielc M, Warnatz J, Drcizler A, Lindenmaier S, Schic/H R, Maas U, Grant A and Ewart P "Spark ignited hydrogen/air mixtures: two dimensional detailed modeling and laser based diagnostics" //Combust. Flame, 2002, 128, 74-87.

45. Raffel B, Warnatz J, Wolfrum J. "Experimental study of laser-induced thermal ignition in 02/0 mixtures" //Appl.Phys.B 37:1895, 1985.

46. Raffel B, Warnatz J, Wolff H, Wolfrum J, Kee R. "Thermal ignition and minimum ignition energy in 02/03 mixtures" //B: Bowen J, Leyer J, Soloukhin R. (eds). Dynamics of reactive systems, Part II, AIAA, NY, 1986, p.335.

47. Heywood J. "Internal combustion engine fundamentals" //McGraq-Hill, NY, 1988.

48. Dale J D, Chekel M D and Smy P R "Application of High Energy Ignition Systems to Engines" Prog. Energy Comb. Sci., 1997, 23 379-98.

49. Maly R and Vogel M "Initiation and Propagation of Flame Fronts in Lean CH4-air Mixtures by the Three Models of the Ignition Spark" //Proc. of the Seventeenth Symposium (International) on Combustion, Pittsburg: The Combustion Institute, 1978, 821-31.

50. Anderson R W "The effect of ignition system power on fast burn engine combustion" //Trans. SAE Paper 870549 1987, 96(4), 537-546.

51. Modien R M, Checkel M D and Dale I D 'The effect of cnchanced ignition system on early flame development in quiescent and turbulent conditions" //SAE paper 910564.

52. Douad, A., De Soete, G. and Henault, C. "Experimental Analysis of the Initiation and Development of Part-Load Combustions in Spark-Ignition Enginese" //SAE paper 830338, 1983.

53. Haley R F and Smy P R "Electrically induced turbulence the short duration spark" J. Phys. D: Appl. Phys., 1989, 22 258-65.

54. Reinmann R and Akram M "Temporal investigation of a fast spark discharge in chemically inert gases" //J. Phys. D: Appl. Phys., 1997, 30 1125-34.

55. Pancheshnyi S, Lacoste D A, Bourdon A, and Laux C 0 "Ignition of propanc-air mixtures by repetitively pulsed nanosecond gas discharges" //Proc. of 17th Int. Symp. on Plasma Chemistry, Toronto, Canada, 2005.

56. Chomiak J "Flame development from an ignition kernel in laminar and turbulent homogeneous mixtures" //Proc. of the Seventeenth Symposium (International) on Combustion, Pittsburg, The Combustion Institute, 1979, 255-63.

57. Ganguly B. "Plasma assisted improvement of high speed high altitude aerospace vehicle design" //Proc. of XV Int. Conf. on Gas Discharges and their Applications, Toulouse, France, 2004, p. 1017-1023.

58. Takita K "Ignition and flame-holding by oxygen, nitrogen and argon plasma torches in supersonic airflow" //Combust. Flame, 2002,128 301— 13.

59. Wagner, T., O'Brien, W., Northam, G., Eggers, J. "Plasma torch ignitors for Scramjets" //J. Propulsion, 1989, 5 548.

60. Mitani T. "Ignition problems in Scramjets testing" //Combust. Flame, 1995, 101 347.

61. Khodataev K, Ershov A. "Experimental investogation of a possibility of a MW streamer gas discharge application for fuel ignition" //2nd WIG Workshop, Proceedings Supplement, Norfolk, VA, 1998, p.341-350.

62. Liu J, Wang F, Lee L C, Ronney P D and Gundersen M A "Effect of fuel type on flame ignition by transient plasma discharges" //AIAA paper 2004-0837.

63. Buriko Y, Vinogradov V, Goltsev V, Waltrup P. "Influence of radical concentration and fuel decompostion on ignition of propane/air flame" //J. Propulsion and Power, 2002, 16, p.1049.

64. Bradley, D. and Nasser, S.H. "Electrical Coronas and Burner Flame Stability" //Combust. Flame, 1984, 55, p.53-58.

65. Delormc R, Vervish P. "Lifted flame stabilization by a nanosecond pulsed DBD discharge" //Abs. of 16th Int. Symp. on Plasma Chemistry, Taormina, Italy, 2003, p.229.

66. Criner К, Cessou A, Louiche J, Vervish P. "Stabilization of turbulent lifted jet flames assisted by pulsed high voltage discharge" //Combust. Flame, 2006, 144 422-425.

67. Magre P, Sabel'nikov V, Teixeira D, Vincent-Randonnier A. "Effect of a Dielectric Barrier Discharge on the Stabilization of a Methane-Air Diffusion Flame" //Proc. of 17th Int. Symp. on Air-Breathing Engines, Munich, Germany, 2005-1147.

68. Anikin N, Starikovskaia S, Starikovskii A. "Study of the oxidation of alkanes in their mixtures with oxygen and air under the action of a pulsed volume nanosecond discharge" //Plasma Phys. Rep., 30, 2004 1028-1042.

69. Ganguly B, Parish J. "Absolute H atom density measurement in pure methane pulsed discharge" //Applied Physics Letters, 2004, 84, Issue 24, 4953.

70. Packan D, Grisch F, Attal-Tretout B. "Study of plasma-enhanced combustion using optical diagnostics" //AIAApaper 2004-983. 0

71. Messina D, Attal-Tretout B, Grisch F. "Study of a non-equilibrium pulsed nanaosecond discharge at atmospheric pressure using coherent anti-Stokes Raman scattering" //Proc. of 31 Int.Combustion Symp., 2006, 2C01.

72. Chintala N, Bao A, Adamovich I, Lou G. "Measurements of Combustion Efficiency in Nonequilibrium RF Plasma Ignited Flows" /А1АА paper 2004-2723.

73. Chintala N, Meyer R, Adamovich I, Hicks A, Bystricky B, Rich J "Non-thermal Ignition of Premixed Hydrocarbon-air and co-air Flows by Nonequilibrium RF Plasma" //AIAA paper 2004-835.

74. Bao A., G. Lou, M. Nishihara, and I. Adamovich, On the Mechanism of Ignition of Prcmixed СО-Air and Hydrocarbon-Air Flows by Nonequilibrium RF Plasma //AIAA-2005-1197.

75. Chintala N, Meyer R, Hicks A, Bao A, Rich J W, Lempert W R and Adamovich I V "Nonthermal ignition of premixed hydrocarbon-air flows by nonequilibrium radio frequency plasma" //Journ. of Propulsion and Power, 2005, 21(4) 583-590.

76. Bao A, Utkin Y, Keshav S, Uddi M, Frederickson K, Jiang K, Lempert W, and I. Adamovich "Ignition of Gaseous and Liquid Hydrocarbon Fuels by Repetitively Pulsed, Nanosecond Pulse Duration Plasma" //AIAA paper 2006-3242.

77. Lou G, Bao A, Nishihara M, Keshav S, Utkin Y, Rich J W, Lempert W, Adamovich I "Ignition of Premixed Hydrocarbon-Air Flows by Repetitively Pulsed, Nanosecond Pulse Duration Plasma" //Proc. of 31 Int.Combustion Symp., 2006, 1E07.

78. Самойлович, В.Г., Гибалов, В.И., Козлов, К.В. "Физическая химия барьерного разряда" // М.: Изд-во МГУ, 1989.

79. Гейдон А.Г. "Спектроскопия пламён" //Пер. с англ. М.: Изд. иностранной литературы, 1959.

80. Дашевский В.Н., Фиалков Б.С. "Автоколебательный режим диффузионного горения газа в электрическом поле, сосредоточенном в пердпламенной зоне" //ФГВ, 1993, Т.29, №.3, с.105-110.

81. Райзер Ю.П. "Физика газового разряда" //М.: Наука, 1992. 536 с.

82. Кумагаи С. "Горение" //М.г Химия, 1979. 256 с.

83. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И. и др. "Математическая теория горения и взрыва" //М.: Наука, 1980.

84. Falkenstein Z, Coogan J //J.Phys.D: Appl.Phys, 1997, 30, 817-825.

85. Zizak G "Flame Emission Spectroscopy: Fundamentals and Applications" //Lecture given at the ICS Training Course on Laser Diagnostics of Combustion Processes, NILES, University of Cairo, Egypt, 18-22 Nov. 2000

86. Wohl К, Welty F. "Spectrophotoinetric traverses through flame fronts" //5th Symposium on Combustion, The Combustion Institute, PA, 1955, pp. 746-753.

87. Porter R, Clark A, Kaskan W, Browne W "A study of hydrocarbon flames" //11th Symposium on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, PA, 1966, pp. 907-917.

88. Najim H, Paul H, Mueller C, Wyckoff P "On the adequacy of certain experimental observables as measurements of flame burning rate" //Comb.Flame, 113, 1998, pp. 312-332.

89. Guillaume P, VanTiggelen P "Spectroscopic investigation of acetylcne-nitrous oxide flames" //20th Symposium on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, PA, 1984, pp. 751-760.

90. S. Pollerín, J.M. Cormier, F.Richard, K.Musiol, and J. Chapelle. J.Phys.D.: Appl.Phys., 29, 1996, 726-739.

91. Очкин B.H., Савинов С.Ю., Соболев H.H. "Механизмы формирования распределений электропио-возбуждёппых молекул по колебательно-вращательным уровням в газовом разряде" //Труды ФИАН РАН, 157, М.: Наука, 1985.

92. Хьюбер К, Гсрцберг Г. "Константы двухатомных молекул. 4.II." //М.: Мир, 1984.

93. Жуков В.П. "Воспламенение насыщенных углеводородов при высоких давлениях и инициирование детонации напосекупдиым разрядом" //Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Московский физико-технический институт, 2004.

94. Панчешпый С.В. "Динамика заселения электронных состояний молекулярного азота и структура высокоскоростной волны ионизации" //Дипломная работа на соискание учёной степени магистра, Московский физико-технический институт, 1998.

95. Александров Н.Л., Базелян Э.М., Васильев В.А. "Наработка актив-пых частиц в дымовых газах с помощью стримерного разряда в режиме перекрытия" //Тезисы доклада XVII научной конференции МФТИ, г. Долгопрудный, МФТИ. 4 (1999) 149.

96. Александров H.JI., Сон Э.Е. //в сб.: Химия плазмы. Под ред. Смирнова Б.М. М.: Атомиздат, 1980, Т.7, с.35.

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

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