XXXI Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 16 – 20 февраля 2004 г.
ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СВЕРХЗВУКОВОГО ПОТОКА ПРОПАН-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СВЧ РАЗРЯДА
В.М. Шибков, А.В. Восканян, А.П. Ершов, В.В. Злобин, В.А. Черников
МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет, 119992 Москва, Россия,
Fax: 939-1787, e- mail: shibkov@ph-elec.phys.msu.ru
В работе исследован импульсно-периодический СВЧ разряд, создаваемый на внешней поверхности диэлектрической антенны, обтекаемой сверхзвуковым потоком воздуха и пропан-воздушной смеси. Показано, что использование поверхностного СВЧ разряда приводит к воспламенению заранее перемешанной сверхзвуковой пропан-воздушной смеси.
В течение ряда лет различного типа газовые разряды привлекают повышенное внимание исследователей с точки зрения использования низкотемпературной плазмы для поджига сверхзвуковых потоков горючих смесей. Однако до настоящего времени остаются до конца нерешенными ряд фундаментальных и инженерных проблем, связанных с использованием газового разряда для улучшения работы прямоточного двигателя. В различных экспериментах изучались разряды постоянного тока, свободно локализованный СВЧ разряд, импульсно-периодические поперечный и продольный разряды в свободном сверхзвуковом потоке газа. В данной работе проведены исследования возможности применения импульсно-периодического поверхностного СВЧ разряда для поджига сверхзвуковой пропан-воздушной смеси при числе Маха потока М=2. Эксперименты проводились на установке, состоящей из вакуумной камеры, ресивера высокого давления воздуха, ресивера высокого давления пропана, системы для смешивания пропана с воздухом, системы для создания сверхзвукового потока пропан-воздушной смеси, магнетронного генератора, диэлектрической антенны, блока синхронизации и диагностической системы. Внутренний диаметр цилиндрической вакуумной камеры равен 105 см, ее длина равна 300 см. Вакуумная система позволяла производить интересующие нас исследования в широком диапазоне давлений р=1,0-760 Тор. Поверхностный СВЧ разряд создавался на антенне прямоугольного сечения с клинообразной передней частью.
В экспериментах регистрировалась динамика развития поверхностного СВЧ разряда и спектр излучения плазмы. Были измерены концентрация электронов, температура газа, колебательная температура молекул, напряженность электрического поля в плазме поверхностного СВЧ разряда. При воспламенении пропан-воздушной смеси регистрируется интенсивное излучение полосы CH. Следует отметить, что в области поверхностного СВЧ разряда наблюдается интенсивное свечение не только полос CH, но и полос CN, С2, OH, атомарных линий водорода H и кислорода O. При этом интенсивность свечения CN из области разряда в пропан-воздушной смеси приблизительно в 3-5 раз больше, чем из разряда в воздухе. Однако уже на расстоянии несколько сантиметров от разряда вниз по потоку свечение полос CN не наблюдается, тогда, как свечение полос CH не уменьшается вниз по потоку. Поэтому свечение полосы CH мы идентифицируем как индикатор горения пропан-воздушной смеси.
В условиях эксперимента факт поджига фиксировался с помощью теневой фотографии области горения, регистрации общего вида разряда в сверхзвуковом потоке воздуха и пропан-воздушной смеси, а также по свечению радикала CH, эффективно образующегося в процессе воспламенения углеводородных топлив.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 02-02-17116) и EOARD (МНТЦ проект № 2248p).