ВОЗМОЖНОСТЬ ПОДЖИГАНИЯ ПРОПАН -ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ПРИ ПОМОЩИ СТАЦИОНАРНОЙ АЗОТНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ

Н.В. Арделян, В.Л. Бычков, К.В. Космачевский, И.Б. Тимофеев

МГУ, Москва

Вопросы взаимодействия плазменных струй с горючими газами представляют интерес в связи с возможными приложениями для ускорения поджигания и улучшения горения в двигателях различного рода. Целью данной работы является исследование такого возможности при помощи стационарного плазмотрона с коническим соплом и плоской плазменной струей.

Проделаны теоретические и численные исследования плазмотрона с коническим каналом, в частности, двумерное (2-D) моделирование плазменной азотной струи, инжектированной в неподвижный газ и сверхзвуковой поток пропан -воздушной смеси на основе свободного неявного метода Лагранжжа.

Развита модель организации поджигания и горения сверхзвукового потока стехиометрической пропан- воздушной смеси при помощи плазменной струи из плазмотрона. В ней используется одна эффективная химическая реакция между молекулами пропана и кислорода.

В двумерном случае было исследовано взаимодействие плазменной струи с потоком воздуха и пропан- воздушной стехиометрической смеси, когда плоская струя моделирует воздействие ряда плазмотронов, расчеты проведены для угла между плазменной струей и потоком 150.

Расчеты показали возможность организации поджигания и горения стехиометрической пропан- воздушной смеси плазмотроном с мощностью ~15 кВт в потоке направленном против направления струи и под углом к ней.

Расчеты показывают на возможность применения высокомощных и малоэнергетичных плазменных струй для организации поджигания и горения сверхзвуковых потоков горючего. Они могут быть использованы в импульсно периодическом режиме, при котором снизятся ограничения на стоимость затраченной энергии.

Созданы два типа плазмотронов с вихревой стабилизацией потока. Первый из них представляет собой конструкцию крупных размеров, нацеленную на применение в химически агрессивных средах. Второй - представляет собой компактную конструкцию для создания квазиплоской струи, предназначенную для использования в сверхзвуковых двигателях.

Проанализирован спектр излучения на выходе из первого плазмотрона при разных значениях введенной мощности. Он показал, что в диапазоне вложенной мощности 4-7 кВт (исследована область релаксации на выходе из плазмотрона) газовая температура находится в диапазоне T_g = (3500 - 6600) K. Этого достаточно для поджигания углеводородных топлив.