Экспериментальное исследование воспламенения природного газа в воздушном потоке СВЧ-разрядом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе представлены результаты экспериментальной апробации системы воспламенения природного газа в воздушном потоке посредством СВЧ-разряда. Данные получены применительно к модельному генератору высокоэнтальпийного воздушного потока. Установлены диапазоны давлений для устойчивого воспламенения смеси воздух + природный газ при соотношении компонентов топлива, близком к стехиометрическому. Полученные данные могут быть использованы при анализе характеристик систем воспламенения для генератора высокоэнтальпийного воздушного потока и энергосиловых установок.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Н. Кузьмичев

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: avrudinskiy@ciam.ru
Россия, Москва

В. Ю. Александров

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»

Email: avrudinskiy@ciam.ru
Россия, Москва

А. В. Рудинский

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»; ФГБОУВО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»

Email: avrudinskiy@ciam.ru
Россия, Москва; Москва

К. Ю. Арефьев

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»; ФГБОУВО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»

Email: avrudinskiy@ciam.ru
Россия, Москва; Москва

А. В. Кравченко

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»

Email: avrudinskiy@ciam.ru
Россия, Москва

Е. В. Джамай

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»

Email: avrudinskiy@ciam.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ягодников Д.А. Актуальные проблемы ракетного двигателестроения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 196 с.
  2. Григорьева О.К., Боруш О.В. Общая энергетика. Энергетические установки. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. 96 с.
  3. Koytsoumpa E.I., Bergins C., Buddenberg T., Wu S., Sigurbjörnsson O., Tran K., Kakaras E. The Challenge of Energy Storage in Europe: Focus on Power to Fuel // J. Energy Res. Technol. 2016. V. 138. № 4. 042002.
  4. Дегтярь В.Г., Сон Э.Е. Гиперзвуковые летательные аппараты. Т. 1. М.: Янус-К, 2018. 984 с.
  5. Кулагин В.В., Бочкарев С.К., Горюнов И.М. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. М.: Машиностроение, 2005. 464 с.
  6. Александров В.Ю., Мосеев Д.С. Сравнение способов имитации условий полета на стендах с огневым подогревом // ФГВ. 2014. № 2. С. 24.
  7. Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Ильченко М.А., Ананян М.В. Исследование эффективности рабочего процесса в малогабаритных генераторах высокоэнтальпийного воздушного потока // Электр. науч. изд. «Наука и образование». 2015. № 8. С. 75.
  8. Тропин Д.А., Федоров А.В., Пенязьков О.Г., Лещевич В.В. Время задержки воспламенения метановоздушной смеси в присутствии частиц железа //ФГВ. 2014. № 6. С.11.
  9. Трошин К.Я., Никитин А.В., Борисов А.А., Арутюнов В.С. Определение задержек самовоспламенения метановоздушных смесей с добавками алканов С2–С5 // Горение и взрыв. 2016. Т. 9. № 2. С. 23.
  10. Гизатуллин Ф.А. К теории искрового воспламенения топливовоздушных смесей в ГТД // Авиационная промышленность. 2000. № 1. С. 67.
  11. Гизатуллин Ф.А., Валиуллина З.Г. Моделирование разрядных процессов в емкостной системе зажигания с однополярным импульсом //Вестн. УГАТУ. 2009. № 2. С. 126.
  12. Фирсов А.А., Долгов Е.В., Леонов С.Б. Оптимизация плазменной системы воспламенения этилена в сверхзвуковом потоке // Вестн. ОИВТ РАН. 2018. Т. 1. № 1. С. 13.
  13. Перегудов В.С. Оптимизация процесса плазменного воспламенения углей // ТВТ. 2009. Т. 47. № 2. С. 200.
  14. Сергиенко А.А., Семенов В.В. Газодинамический воспламенитель // Изв. вузов. Авиационная техника. 2000. № 2. С. 44.
  15. Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Ильченко М.А. Расчетно-экспериментальные исследования пульсационных процессов в малогабаритных генераторах высокоэнтальпийного потока с газодинамической системой воспламенения // Изв. РАН. Энергетика. 2014. № 6. С. 96.
  16. Гидаспов В.Ю., Кононов Д.С., Северина Н.С. Моделирование воспламенения и детонации метано-воздушных смесей за отраженной ударной волной // ТВТ. 2020. Т. 58. № 6. С. 909.
  17. Ребров С.Г., Голубев В.А., Голиков А.Н. Лазерное зажигание кислородно-углеводородных топлив в ракетных двигателях // Изв. вузов. Машиностроение. 2018. № 7. С. 77.
  18. Цейтлин Д.А., Ребров С.Г., Болотин Н.Б. Устройство для лазерного воспламенения топлива в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя. Патент на изобретение РФ № 2533262. Кл. МПК: F02K 9/95. 2014.
  19. Нигодюк В.Е., Сулинов А.В. Исследование особенностей рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей малой тяги на самовоспламеняющихся компонентах топлива тягой менее 1 Н // Вестн. Самарск. ун-та. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15. № 4. С.114.
  20. Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. Фортова В.Е. М.: Наука, 2000. 576 с.
  21. Арефьев К.Ю., Воронецкий А.В., Ильченко М.А. Исследование динамических характеристик резонансной газодинамической системы воспламенения топливной смеси// ФГВ. 2013. № 6. С. 41.
  22. Воронецкий А.В., Арефьев К.Ю., Ильченко М.А. Экспериментальные исследования характеристик газодинамической системы воспламенения топливной смеси применительно к ЖРД малой тяги // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. № 7. С. 4.
  23. Антонов А.Н., Купцов В.М., Комаров В.В. Пульсации давления при струйных и отрывных течениях. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.
  24. Александров В.Ю., Арефьев К.Ю., Ильченко М.А. Экспериментальное исследование влияния непрогнозируемого изменения формы передней кромки резонатора на работоспособность газодинамической системы воспламенения // Изв. вузов. Машиностроение. 2017. № 3. С. 56.
  25. Егоров Ю.М., Лагутин В.Г., Маевский В.А., Смилга В.И. Свеча зажигания на основе СВЧ-разряда. Патент на полезную модель РФ № 153582. Кл. МПК: F02P 23/00 (2006.01). 2015.
  26. Ikeda Yu. Development of 2.45 ghz Semiconductor Microwave System for Combustion Ignition Enhancement and Failure Analysis // Materials. 2022. V. 1. № 6. 2042.
  27. Ikeda Yu., Ofosu J.A. Schlieren Imaging and Spectroscopic Approximation of the Rotational-Vibrational Temperatures of a Microwave Discharge Igniter with a Resonating Cavity // Appl. Opt. 2022. V. 6. № 36. 10707.
  28. Свердлов Е.Д., Марков Ф.Г., Лошенкова Н.С. Способ сжигания топлива и устройство для его реализации. Патент на изобретение РФ № 2193139. Кл. MПK: F 23 C 11/00. F 23 L 7/00. 2002.
  29. Беликов А.К., Максименко А.В., Никитин И.С., Бегишев И.Р. Воспламенение и распространение пламени в смесях хлористого этила с хлором под действием ультрафиолетового излучения // Технологии технической безопасности. 2009. № 5. С. 1.
  30. Magnussen B.F., Hjertager B.H. On Mathematical Models of Turbulent Combustion with Special Emphasis on Soot Formation and Combustion // Symposium on Combustion. 1977. V. 16. P. 719.
  31. Shynkarenko O., Simone D. Oxygen-Methane Torch Ignition System for Aerospace Applications // Aerospace. 2020. V. 7. № 8. P. 114.
  32. Shi B., Chu Q., Chen R. Effects of Damköhler Number on Methane/Oxygen Tubular Combustion Diluted by N2 and CO2 // J. Energy Res. Technol. 2016. V. 139. № 1. 012206.
  33. Гупта А. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987. 588 с.
  34. Трусов Б.Г. Программная система моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. № 1. С. 21.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фотография СВЧ-воспламенителя с магнетроном.

Скачать (16KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема СВЧ-воспламенителя: 1 – магнетрон, 2 – антенна магнетрона, 3 – внешний электрод, 4 – внутренний электрод, 5 – канал для транспортировки СВЧ-излучения, 6 – камера смешения окислителя и горючего, 7 – диэлектрическая вставка, 8 – камера сгорания СВЧ-воспламенителя, 9 – канал для транспортировки горячих продуктов сгорания.

Скачать (11KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчетная схема модельной вихревой камеры сгорания.

Скачать (20KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Конечно-объемная модель вихревой КС.

Скачать (19KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты расчета без горения ПГ: (а) – распределение чисел Маха, (б) – распределение статического давления.

Скачать (21KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результаты расчета с горением воздух + ПГ: (а) – распределение чисел Маха, (б)– распределение статической температуры.

Скачать (27KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределения скоростей потока в сечении P4 вихревой КС: (а) – окружная скорость wm0, (б) – осевая скорость um0.

Скачать (25KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Фотографии плазменного факела СВЧ-воспламенителя: (а) – вид сбоку, (б) – вид сверху.

Скачать (11KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Результаты автономных испытаний СВЧ-воспламенителя: (а) – появление факелов плазмы, (б) – горение при выключенной свече, (в) – горение при включенной свече.

Скачать (20KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».