Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда




Скачать 263.44 Kb.
НазваниеРасчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда
страница1/3
Дата конвертации18.05.2013
Размер263.44 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3


на правах рукописи


УДК 536.46


ЗАЕВ ИВАН АЛЕКСАНДРОВИЧ



Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации

в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы

электрического разряда


01.04.08 – физика плазмы


автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук


Москва 2008

Работа выполнена в Институте Водородной Энергетики и Плазменных Технологий РНЦ «Курчатовский Институт»


Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук

Кириллов Игорь Александрович

Консультант по плазмохимии:

кандидат физико-математических наук

Потапкин Борис Васильевич


Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

Смирнов Николай Николаевич,

доктор физико-математических наук

Напартович Анатолий Петрович


Ведущая организация:

Объединенный институт высоких температур РАН


Защита состоится 28 октября 2008 г. в час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 520.009.02 при РНЦ "Курчатовский институт" (123182, Москва, пл. Курчатова, д. 1, РНЦ «Курчатовский институт»).


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ «Курчатовский институт».


Автореферат разослан «____» _________________ 2008 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат физико-математических наук А.В. Демура


Общая характеристика работы


Актуальность проблемы. Истощение и рост стоимости традиционных углеводородных топлив с одной стороны и ужесточение норм экологической безопасности с другой требуют разработки новых типов энергетических установок на традиционных топливах с высокой термодинамической эффективностью их работы, а также развитие альтернативных традиционным видов энергетики, в частности водородной. Активно развиваемыми направлениями исследований для решения этих задач являются разработка энергосиловых установок, в основе которых лежит детонационное сжигание топлива – пульсирующих детонационных устройств (ПДУ), и формирование базиса для развития водородной энергетики.

Как при разработке ПДУ, так и для обеспечения безопасного развития водородной энергетики важной является проблема инициирования детонации. С одной стороны, стадия формирования детонационной волны в прототипах ПДУ, работающих на широко распространенных углеводородных топливах (керосин, метан) ограничивает возможную частоту работы устройств и снижает общую эффективность установки. С другой стороны, определение критических условий инициирования и распространения детонации в водород-воздушных смесях в широком диапазоне начальных условий необходимо для проектирования объектов водородной энергетики и прогнозирования последствий аварий при выбросах водорода.

Воздействие неравновесной плазмы на газодинамические и химические процессы в реагирующей среде может стать эффективным инструментом управления инициированием детонации в ПДУ. Теоретическое исследование механизмов инициирования под действием неравновесной плазмы электрических разрядов является актуальной задачей для совершенствования существующих и разработки новых методик инициирования детонации.

Формирование детонационных волн происходит при взаимодействии газодинамических процессов и процессов тепловыделения в химических реакциях. При теоретическом исследовании механизмов инициирования детонации важную роль играют модели горения топлив, которые отражают особенности кинетики воспламенения и тепловыделения. В связи с этим, задача развития методик моделирования кинетики процессов горения в детонационных волнах, приемлемых с точки зрения вычислительных ресурсов и обеспечивающих высокую точность моделирования детонационных явлений является актуальной.

Цель и задачи исследования. Для достижения основных целей работы:

  • развитие эффективных с вычислительной точки зрения химических моделей горения топливо-кислородных смесей для моделирования динамики детонационных и ударных волн в реагирующих средах;

  • исследование механизмов инициирования детонации под действием неравновесной плазмы электрических разрядов

в диссертации ставятся и решаются следующие задачи:

1. Для определения роли кинетики реакций горения в инициировании детонации провести теоретическое исследование механизмов формирования ударных волн в пространственно неоднородной воспламеняющейся среде. Рассмотреть два типа кинетики модельных реакций горения: простая реакция первого порядка, разветвленно-цепная реакция.

2. Усовершенствовать описание стадии тепловыделения в модели параметра индукции (Induction Parameter Model, IPM) с целью повышения точности моделирования динамики ударных волн при инициировании и распространении детонации.

3. Развить модель горения пропана для газодинамического моделирования инициирования детонации, учитывающую влияние неравновесной плазмы на кинетику воспламенения пропан-кислород-азотных смесей в диапазоне температур, давлений и химических составов реагирующих смесей, характерных для рабочих условий пульсирующих детонационных устройств.

4. Для обоснования предлагаемой модификации модели параметра индукции и подтверждения теоретических выводов о роли кинетики горения в детонационных явлениях провести моделирование ячеистой структуры детонационной волны на примере водород-кислородных смесей. Сравнить результаты моделирования с экспериментальными данными и предсказаниями на основе расчетов с детальной кинетической схемой.

5. Исследовать механизмы и критические условия инициирования детонации за взрывными и падающими ударными волнами в условиях предварительного воздействия неравновесной плазмы импульсных электрических разрядов.

Научная новизна. Новыми являются следующие результаты работы:

1. Методика расчета константы скорости и энергии активации в одностадийной модели горения пропана для газодинамического моделирования инициирования детонации, учитывающая влияние неравновесной химически активной плазмы импульсного разряда на кинетику воспламенения.

2. Демонстрация существенного снижения критической энергии прямого инициирования детонации взрывными волнами в среде с локальными неоднородностями (тепловыми или связанными со сверхравновесной концентрацией химически активных атомов и радикалов), образовавшимися при воздействии неравновесной плазмы электрических разрядов.

3. Обоснование доминирующей роли многомерного механизма инициирования детонации над одномерным при инициировании детонации в среде с локальными неоднородностями, образовавшимися при воздействии неравновесной плазмы электрических разрядов.

4. Транспортное уравнение, описывающее рождение и распространение газодинамических возмущений в пространственно неоднородной воспламеняющейся среде.

5. Модифицированная модель параметра индукции, обеспечивающая точное воспроизведение кинетики тепловыделения в химических реакциях и методика расчета ее коэффициентов.

Практическое значение работы. Результаты работы представляются практически важными для следующих приложений:

1. Модифицированная модель параметра индукции позволяет проводить инженерную количественную оценку развития детонационных волн в двух- и трехмерном моделировании при доступных в настоящее время вычислительных ресурсах.

2. Одностадийная модель горения пропана, учитывающая влияние неравновесной плазмы на кинетику воспламенения, может применяться для газодинамических расчетов инициирования детонации под действием неравновесной плазмы в пропан-кислород-азотных смесях для широкого диапазона условий, характерных для детонации (T > 1200 К, P > 1 атм).

3. Установленный эффект существенного снижения критической энергии прямого инициирования детонации (например, искровым разрядом) в топливо-кислородных смесях с локальными неоднородностями, сформировавшимися при воздействии неравновесной плазмы, может быть использован для оптимизации существующих и разработки новых схем плазменного инициирования детонации.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на научных семинарах НИИ механики МГУ, механико-математического факультета МГУ, ЦИАМ, ГУП ЦНИИМаш, а также на российских и международных конференциях: LVIII Научная Конференция Московского Физико-Технического Института, Москва, Россия, ноябрь, 2005; Non-Equilibrium Plasma, Combustion and Atmospheric Pollution (2nd NEPCAP), Sochi, Russia, октябрь 2005; 31st International Symposium on Combustion (31st ISC), Heidelberg, Germany, август, 2006; 21st International Colloquium on Dynamics of Explosions and Reactive Systems (21st ICDERS), Poitiers, France, июль, 2007; 7th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions, Saint-Petersburg, Russia, июль, 2008.
  1   2   3

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconЛабораторная работа «изучение эмиссионного спектра плазмы вч-разряда низкого давления»
Практическое изучение спектра излучения плазмы вч разряда, при использовании определенного рабочего газа (применяемого в технологических...

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconПрограмма спецкурса “Физические основы газового разряда”
Многообразие газовых разрядов. Газовый разряд как неравновесная, нелинейная система с избирательно управляемыми параметрами. История...

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconI. I. Общее рассмотрение высокочастотного (ВЧ) разряда. Виды вч-разряда
Эти отличия связаны со специфическим механизмом отбора энергии электронами и ионами у вч поля и характерным пространственным распределением...

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconЭкспериментальное и расчётно-теоретическое исследование физических процессов в лазерных системах на парах меди с целью улучшения удельных выходных характеристик

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconКритические условия инициирования скользящего разряда в высокоскоростном потоке воздуха за фронтом ударной волны
В. С. Аксенов, С. А. Губин, В. В. Голуб1, В. П. Ефремов1, И. В. Маклашова, Ю. Л. Шаров1

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconЛабораторная работа №10 " Исследование частотного модулятора"
Исследование принципа действия частотного модулятора. Получение характеристик частотного модулятора при воздействии на его вход моногар-монического...

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconКомплексное исследование характеристик наносекундного стримерного разряда в
Показано изменение различных параметров канала разряда от параметров газового промежутка и

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconМосковский энергетический институт (технический университет)
Целью дисциплины является природы, механизмов и кинетики структурных изменений и закономерностей изменения свойств металлов и сплавов...

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconМоделирование шаровой молнии с помощью электрического разряда через поверхность слабого водного раствора
А- научно-исследовательский институт радиофизики при Санкт-Петербургском государственном университете, 198504,с-пб,Ульяновская 1

Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда iconИсследование асимметричного емкостного высокочастотного разряда при распылении феррита висмута в кислороде


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница