Исследование инициирования горения при помощи стримерного СВЧ разряда
В рамках работ, проводимых совместно с Университетом ИТМО, были проведены эксперименты, которые продемонстрировали увеличение скорости горения в три раза при инициировании зажигания с помощью резонансного СВЧ разряда. Ряд признаков говорит о полном сгорании топлива, чего не наблюдается при искровом зажигании.
Полученные результаты привели к идее проведения новых экспериментов, направленных на снижение вредных выбросов за счет увеличения скорости горения и полноты сгорания, осуществления горения в сверхзвуковом потоке, поддержания непрерывной детонации путем подвода энергии в область за ударной волной при помощи присоединенного СВЧ-разряда.
В одной из рассматриваемых концепций ротационно-детонационных двигателей предполагалось инициирование детонации СВЧ разрядом, бегущим по дну коаксиального цилиндра.
В ходе проведения исследований был определен минимальный размер диэлектрической пластины, который бы не приводил к «убеганию» плазменных каналов СВЧ разряда с его поверхности.
Определение минимальной ширины пластины необходимо для задания ширины зазора между стенками.
Если отношение длины пластины к ширине было слишком большим, то разряд «убегал» с пластины. Постепенно были подобраны оптимальные размеры пластины, при которых разряд полностью занимал всю её поверхность, но «убегания» не происходило.
Эксперимент по исследованию оптимальных пропорций пластины,
при которой не происходит «убегание» разряда с ее поверхности,
а разряд заполняет пластину по всей ее ширине
Были также исследованы разряды, которые зажигались на секторном сегменте пластины, представлявшем собой пол-окружности, на внутренней цилиндрической поверхности из полиэтилены и кварца. Разряд во всех случаях надежно зажигается и бежит от инициатора навстречу полю. Характер «убегания» разряда с прямолинейной пластины или с секторного сегмента примерно одинаковый. Все эти эксперименты закончились успешно.
Вторым пунктом исследований стало изучение возможности инициировать детонацию топливно-воздушной смеси стримерным СВЧ разрядом. Суть эксперимента заключалась в сравнении характера расширения оболочки шарика при поджигании в нем топливно-воздушной смеси при помощи автомобильной свечи и с помощью стримерного разряда. Эксперименты показали ускорение расширения шарика при инициировании СВЧ разряда.
Особо стоит заострить внимание на увеличение скорости фронта пламени и скорости сгорания при поджигании смеси стримерным разрядом. Характер пламени указывал, что горение происходит «чисто», т.е. без образования окислов азота, что делает привлекательным применение подобных режимов горения в малоэмиссионных камерах сгорания (МЭКС).
Ряд научных результатов получен впервые. В частности, в экспериментах со стримерным разрядом, распространяющемся по поверхности пластины, получена необычно большая скорость распространения фронта разряда, достигавшая 15 км/с. Обнаружен новый режим быстрого горения.
Взаимодействие плазмы продольно-поперечного и плазмодинамического разрядов со сверхзвуковым воздушно-пропановым потоком
Плазменно-аэродинамические силы, создаваемые микроволновым разрядом
Настоящая работа посвящена результатам экспериментальных исследований плазменно-аэродинамического силового воздействия глубоко подкритического микроволнового разряда, зажженного в квазиоптическом электромагнитном пучке, на тела, помещенные в сверхзвуковой поток воздуха.
Схема реализации такого разряда приведена в статье, а также даны характерные параметры используемой в экспериментах установки.
Плазменно-аэродинамические силы, создаваемые микроволновым разрядом
О возможности применения стримерного подкритического СВЧ-разряда в детонационном двигателе
ВНХ-Энерго проводит исследования по созданию технологии сжигания сверхбедной топливной смеси
Многие задачи из области газотурбинных установок (ГТУ) сводятся к необходимости сжигания сверхбедных смесей топлива и окислителя. Это исключает выбросы NOx, снижает удельный расход топлива. В больших энергетических турбинах (ГТЭУ), работающих на ТЭЦ по парогазовому циклу, используется вспрыск водяного пара в камеру сгорания (КС). На бортовых установках, двигателях (ГТД), газокопрессорных станциях (ГКС) это невозможно и имеются серьезные проблемы со сжиганием бедных смесей. Установки имеют узкий диапазон регулировки. Аналогичная проблема существует и в установках сверхкритического водного окисления (СКВО), из реакторов которых истекает сверхбедная смесь, наполовину состоящая из азота и водяного пара, к тому же, находящаяся в сверхкритическом состоянии, что чрезвычайно затрудняет её утилизацию в турбине или дожигание в традиционной камере сгорания.
ООО «ВНХ-Энерго» планирует проведение исследований по разработке технологии сжигания сверхбедной топливной смеси (ТС) в присутствии холодной неравновесной плазмы, созданию малоэмиссионной камеры сгорания (МЭКС). В проекте для сжигания сверхбедных и «трудных» смесей применяется интенсификация (увеличение скорости) горения за счет генерации в КС «холодной» неравновесной плазмы. Технология будет позволять использовать для сжигания в КС сверхбедные ТС, что увеличит КПД и исключит NOx. При этом сужения диапазона регулировки турбины не предполагается.
Что уже сделано для решения поставленной проблемы: проведены эксперименты, выявившие механизм увеличения скорости горения за счет уменьшения времени образования свободных радикалов в топливной смеси в присутствии жесткого УФ излучения; получен опыт сжигания бедной ТС; выбран наиболее экономичный способ увеличения скорости горения за счет введения в область горения холодной неравновесной плазмы (ХНП); произведено измерение скорости сгорания бедной топливной смеси в присутствии холодной неравновесной плазмы.
Риски, которые возможны: неизвестно, приведет ли увеличение скорости горения к возможности сжигания сверхбедных ТС, удастся ли обеспечить такое сочетание температуры и давления сгорания и коэффициента избытка окислителя, что NOx не будут образовываться, а удельный расход топлива будет находиться в заданных пределах.
Выполнение проекта позволит освоить выпуск МЭКС, которые позволят размещать ГТЭУ произвольно в пределах городской застройки, снизить удельный расход топлива ГТЭУ и ГТД.