Плазменно-стимулированное воспламенение высокоскоростных воздушно-углеводородных потоков в условиях поверхностного сверхвысокочастотного разряда

Для развития современной авиации требуется поиск и разработка новых эффективных средств, позволяющих управлять характеристиками газового потока вблизи поверхности летательного аппарата, контролировать передачу тепла и массоперенос в пограничном слое, снижать поверхностное трение, задерживать ламинарно-турбулентный переход, управлять отрывом потока, уменьшать время воспламенения и управлять процессом горения сверхзвуковых потоков горючего в прямоточном двигателе. Одним из новых решений данных проблем является использование различного типа газовых разрядов. При этом для улучшения аэродинамических характеристик летательных аппаратов предлагается создавать перед ними и на их несущих поверхностях плазменные образования, а для целей уменьшения времени воспламенения горючего в гиперзвуковом прямоточном двигателе использовать неравновесную газоразрядную плазму.

В области сверхзвуковой плазменной аэродинамики различными научными группами в различных российских и зарубежных институтах проводятся интенсивные исследования, связанные с использованием газоразрядной плазмы для воспламенения сверхзвуковых воздушно-углеводородных потоков. Изучаются разряды постоянного тока, наносекундные высоковольтные, микроволновые, высокочастотные разряды, создаваемые на поверхности диэлектрических тел либо в объеме газа. Интенсивно ведется математическое моделирование изучаемого явления. Возникла задача поиска оптимальных способов создания низкотемпературной плазмы в высокоскоростных потоках газа, изучения влияния газового разряда на газодинамические характеристики потока вблизи обтекаемого тела и выявления механизма быстрого воспламенения углеводородных топлив. Исследование влияния различных типов газовых разрядов на эти процессы актуально с точки зрения необходимости в условиях высокоскоростных потоков обеспечить быстрое объемное воспламенение углеводородного топлива, что актуально для развития современной авиации. Изучение процесса воспламенения и горения углеводородных смесей в условиях низкотемпературной плазмы важно как с точки зрения фундаментальных исследований механизмов и кинетики атомно-молекулярных превращений при наличии сильных электрических полей, так и с точки зрения оптимизации плазмохимических процессов. Самостоятельные сверхвысокочастотные разряды, существующие при больших значениях приведенного электрического поля, являются одним из перспективных способов создания низкотемпературной плазмы для различных практических приложений, в частности, для решения задач сверхзвуковой плазменной аэродинамики. СВЧ-разряды, создаваемые в молекулярных газах, приводят к эффективной диссоциации молекул, наработке активных радикалов и нагреву рабочей среды. Эти процессы в разрядах в горючих воздушно-углеводородных смесях могут привести к полному изменению первоначального состава, что связано, в частности, с процессами воспламенения и горения. Для более глубокого понимания физико-химических процессов, протекающих при воспламенении углеводородных смесей в газовой фазе с помощью низкотемпературной плазмы, актуальным является проведение как экспериментальных исследований, так и сопоставление их с расчетами в рамках физических моделей влияния СВЧ-разряда на инициирование горения.

Диссертация посвящена исследованию возможности применения неравновесной низкотемпературной плазмы самостоятельных поверхностного и объемного СВЧ-разрядов, а также импульсного поперечного электродного разряда для инициирования воспламенения сверхзвукового воздушно-углеводородного потока.

Целью диссертационной работы является экспериментальное и теоретическое исследование фундаментальной научной проблемы, связанной с изучением физических процессов, протекающих в движущейся неравновесной низкотемпературной плазме, создаваемой в многокомпонентных смесях химически активных молекулярных газов с помощью самостоятельных сверхвысокочастотных и импульсных электродных разрядов.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

• реализация быстрого плазменно-стимулированного воспламенения и горения газообразных углеводородов с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы импульсного поперечного по отношению к газовому потоку электродного разряда, объемного свободно локализованного СВЧ-разряда и поверхностного СВЧ-разряда в высокоскоростных пропан-воздушных потоках;

• определение зависимости времени задержки воспламенения сверхзвукового пропан-воздушного потока с числом Маха М= 2 от приведенного электрического поля в условиях нестационарной низкотемпературной газоразрядной плазмы;

• проведение математического моделирования с целью выявления основного механизма, ответственного за воспламенение углеводородного топлива в условиях газоразрядной плазмы поверхностного СВЧ-разряда.

Для решения поставленных задач применялись как бесконтактные, так и контактные диагностические методы. Исследования проводились с временным и пространственным разрешением с помощью диагностического комплекса, состоящего из монохроматоров и спектрографов с цифровой регистрацией спектра, блока зондовой диагностики с цифровой регистрацией вольт-амперных характеристик, датчиков давления, термопар, установки теневой диагностики, рефракционных лазерных датчиков, системы измерения проводимости пламени, цифровых фотоаппаратов, высокоскоростной цифровой видеокамеры, цифровых осциллографовкомпьютеров.

Математическое моделирование влияния низкотемпературной плазмы сверхвысокочастотного разряда на период индукции проводилось на основе разработанной в диссертации кинетической модели воспламенения водородно-кислородной и пропан-воздушной смеси в условиях неравновесной плазмы поверхностного СВЧ-разряда при учете влияния электрического поля на функцию распределения электронов по энергиям, на процессы диссоциации молекул и наработку активных радикалов, возбужденных и заряженных (электронов, положительных и отрицательных ионов) частиц.

Экспериментальные результаты получены с помощью комплекса независимых диагностических методик на различных экспериментальных установках, подтверждаются сравнением измеренных величин с результатами теоретических и экспериментальных работ других исследователей, а также данными численного моделирования. Таким образом, полученные результаты являются вполне обоснованными и достоверными.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— реализовано быстрое плазменно-стимулированное воспламенение сверхзвукового (М= 2) пропан-воздушного потока в условиях импульсного поперечного по отношению к газовому потоку электродного разряда, объемного свободно локализованного СВЧ-разряда и поверхностного СВЧ-разряда и проведено исследование этого явления;

— экспериментально получена зависимость времени воспламенения сверхзвукового пропан-воздушного потока от приведенного электрического поля;

— впервые реализована стабилизация горения сверхзвукового пропан-воздушного потока внутри аэродинамического канала в условиях программированного СВЧ-разряда;

— на основе математического моделирования показано влияние плазменных эффектов на быстрое воспламенение углеводородного топлива в условиях низкотемпературной плазмы поверхностного СВЧ-разряда.

Полученные в работе результаты представляют не только академический интерес, но являются научной базой для выработки рекомендаций по использованию газоразрядной плазмы при создании летательных аппаратов нового поколения, в частности для быстрого воспламенения и стабилизации горения сверхзвуковых воздушно-углеводородных потоков.

Автором проведены экспериментальные исследования влияния плазменных эффектов на процесс быстрого воспламенения в условиях плазмы импульсного поперечного по отношению к потоку электродного разряда, объемного и поверхностного СВЧ-разрядов, а также разработана программа расчета воспламенения в условиях самостоятельного СВЧ-разряда, проведено численное моделирование изучаемого явления и выполнен анализ полученных результатов. Квалификационная ценность результатов исследований признана российским и международным научными сообществами. Результаты, полученные автором и вошедшие в диссертацию, являлись базовыми для отчетов по грантам РФФИ (№ 05−02−16 532-а, № 08−02−1 251-а), по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН (Р-09) «Исследование вещества в экстремальных условиях», по проекту МНТЦ (№ 2248), по гранту Нидерландского научного общества № 047−016.019) и гранту СКОБ (№ 1ШР-1514-МО-06). Вклад соискателя в работы, написанные в соавторстве и вошедшие в диссертацию, является определяющим.

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость работы, достоверность полученных результатов и личный вклад автора, а также приведены сведения об апробации работы и публикациях. Приведено краткое содержание работы.

В первой главе диссертации анализируются работы, посвященные экспериментальному изучению влияния низкотемпературной газоразрядной плазмы на воспламенение воздушно-углеводородных неподвижных смесей или их высокоскоростных потоков. Приведен также обзор теоретических работ, посвященных математическому моделированию автовоспламенения различных углеводородных топлив, и рассматриваются различные кинетические модели, используемые для расчета плазменно-стимулированного горения различных углеводородов в их смеси с кислородом или воздухом в условиях неподвижной среды, а также высокоскоростного потока.

Во второй главе диссертации описывается экспериментальная установка, использованная в данной работе, и методики измерений. Экспериментальная установка включает в себя вакуумную камеру, ресивер высокого давления воздуха, ресивер высокого давления пропана, систему для создания сверхзвукового потока, два магнетронных генератора, две системы для ввода СВЧ-энергии в камеру, цилиндрический и прямоугольный аэродинамические каналы, два высоковольтных источника питания, систему синхронизации и диагностическую аппаратуру. Основой установки является откачиваемая металлическая цилиндрическая барокамера с внутренним диаметром 1 м и длиной 3 м. Вакуумная система позволяет проводить исследования в широком диапазоне давлений р= 10−760 Тор. Экспериментальная установка оснащена измерительной аппаратурой, позволяющей проводить исследования процесса воспламенения газообразных углеводородов. Диагностический комплекс состоит из цифровых монохроматоров и спектрографов, оптических рефракционных датчиков, импульсной теневой установки, коллимированных фотоэлектронных умножителей, электрических зондов, термопар, датчиков давления, системы для измерения проводимости пламени, двухпроводной линии, цифровых осциллографов, цифровых фотои видеокамер и др.

В третьей главе диссертации исследовано воспламенение высокоскоростных пропан-воздушных потоков в условиях низкотемпературной плазмы газового разряда. В первом параграфе рассматривается воспламенение с помощью поперечного импульсно-периодического электродного разряда. Во втором параграфе рассмотрена стабилизация горения пропан-воздушного потока в условиях газоразрядной плазмы, создаваемой в аэродинамическом канале с каверной. В качестве застойной зоны в эксперименте использовалась прямоугольная каверна с различными отношениями длины Ь каверны к ее глубине к {ЫЬ — 1−10). В третьем параграфе приведены данные о плазменно-стимулированном воспламенении с помощью свободно локализованного СВЧ-разряда. Описание экспериментов по воспламенению с помощью поверхностного СВЧ-разряда приведено в четвертом параграфе. В конце главы приведено описание экспериментов по использованию для интенсификации и стабилизации горения сверхзвукового потока пропан-воздушной смеси программированного СВЧ-разряда, создаваемого в различных застойных зонах аэродинамического канала.

Для выявления механизма, приводящего к воспламенению сверхзвукового пропан-воздушного потока в четвертой главе диссертации описываются математическая модель и программа расчета, позволяющие моделировать процесс автовоспламенения пропан-воздушной смеси при пристеночном выделении тепла, а также рассчитывать процесс плазменно-стимулированного горения водородно-кислородной и пропан-воздушной смесей.

В пятой главе диссертации представлены результаты математического моделирования и их сравнение с экспериментом. В этой же главе диссертации на основе сравнения результатов математического моделирования и экспериментальных данных по инициированию горения пропан-воздушного сверхзвукового потока в условиях низкотемпературной плазмы, создаваемой различными разрядами, анализируется механизм быстрого плазменно-стимулированного воспламенения газообразных углеводородов. Проведен поиск наиболее существенных механизмов развития и замедления автовоспламенения пропан-воздушной смеси и инициации в условиях низкотемпературной плазмы поверхностного сверхвысокочастотного разряда и осуществлена редукция кинетической схемы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на ряде международных и национальных конференций, в том числе: на Международной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Киев, 2003) — на Всероссийской конференции по физической электроники (Махачкала, 2003) — на Международных симпозиумах «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике» (Санкт-Петербург, 2004, 2006) — на Международных конференциях по физике слабоионизованных газов (Weakly Ionized Gases Workshops (USA) Reno, 2004, 2005, 2006, 2007, Orlando, 2009, 2010) — на научных школах-конференциях «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (Алушта, 2004, 2005, 2006, 2008) — на Международных конференциях «Мощное СВЧ излучение в плазме» (Strong microwave in plasmas — Нижний Новгород, 2005, 2006) — на Международных (Звенигородских) конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2005, 2006, 2008, 2010) — на Международных совещаниях по магнитной и плазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях (Magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications — Москва, 2005, 2008, 2009, 2010) — на международной конференции «СВЧ разряды: основные свойства и применения», (VI International Workshop «Microwave discharges: Fundamentals and applications» — Звенигород, 2006) — на Международной конференции по термохимическим и газодинамическим явлениям (Thermophysical and gasdynamical phenomena — Киев, 2006), на Московской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики» в рамках Российского Научного Форума «Демидовские чтения» (Москва, 2006) — на научных конференциях МГУ «Ломоносовские чтения» (Москва, 2006, 2009, 2010, 2011) и на научных семинарах кафедры физической электроники физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Основные результаты, включенные в диссертацию, представлены в 23 научных публикациях, в том числе: в 5 статьях в реферируемых научных журналах и в 18 статьях в книгах, сборниках, материалах международных и российских конференций.

1. В. М. Шибков, А. Ф. Александров, А. П. Ершов, А. А. Карачев, Р. С. Константиновский Роман, И. Б. Тимофеев, В. А. Черников, Л. В. Шибкова. Воспламенение сверхзвукового потока углеводородного топлива с помощью сверхвысокочастотных разрядов. // Вестник Московского университета, Серия 3. Физика. Астрономия. 2004, № 5, с. 67−69.

2. Р. С. Константиновский, В. М. Шибков, Л. В. Шибкова. Влияние газового разряда на воспламенение водородно-кислородной смеси. // Кинетика и катализ, 2005, т. 46, № 6, с. 821−834.

3. В. М. Шибков, С. А. Двинин, А. П. Ершов, Р. С. Константиновский, О. С. Сурконт, В. А. Черников, Л. В. Шибкова. Поверхностный сверхвысокочастотный разряд в воздухе. // Физика плазмы, 2007, т. 33, № 1, с. 77−85.

4. В. М. Шибков, Л. В. Шибкова, А. А. Карачев, Р. С. Константиновский. Воспламенение с помощью поверхностного СВЧ-разряда жидких углеводородов в условиях высокоскоростных воздушных потоков. // Теплофизика высоких температур. 2010, т. 48, № 1 (приложение), с. 23−34.

5. В. М. Шибков, Л. В. Шибкова, В. Г. Громов, А. А. Карачев, Р. С. Константиновский. Влияние поверхностного СВЧ разряда на воспламенение высокоскоростных пропан-воздушных потоков. // Теплофизика высоких температур. 2011, т. 49, № 2, с. 163−176.

6. V.M.Shibkov, V.A.Chernikov, A.P.Ershov, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, I.B.Timofeev, A.V.Yoskanyan, V.V.Zlobin. Propane-air mixture ignition with the help of the surface discharge. // International Conference on Physics of Low Temperature Plasma PLTP-03, Kiev, Ukraine, May 11−15, 2003. Invited Paper, p.1−6.

7. V.M.Shibkov, A.D.Abramova, V.A.Chernikov, A.P.Ershov, V.G.Gromov, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, I.B.Timofeev, A.V.Voskanyan. Microwave discharges in supersonic plasma aerodynamics. // 42 AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 5−8 January 2004, Reno, Nevada, USA, 75-WIG-3, AIAA-2004;0513, p.1−11.

8. V.M.Shibkov, V.A.Chernikov, A.P.Ershov, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, V.V.Zlobin. Propane-butane-air mixture ignition and combustion in the aerodynamic channel with the stagnant zone. // 42 AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 5−8 January 2004, Reno, Nevada, USA, 123-WIG-5, AIAA-2004;0838, p. 1−9.

9. V.M.Shibkov, A.F.Alexandrov, V.A.Chernikov, V.G.Gromov, A.P.Ershov, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, I.B.Timofeev, V.V.Zlobin. Kinetics of the hydrocarbon fuels ignition under conditions of the gas discharge low temperature plasma. // Invited Report on IV Workshop «Thermochemical and plasma processes in aerodynamics. Saint-Petersburg, 12−14 July 2004, p. 1−8.

10. V.M.Shibkov, V.A.Chernikov, A.P.Ershov, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, A.V.Voskanyan, V.V.Zlobin. Influence of low temperature non-equilibrium gas discharge plasma on ignition and burning of the supersonic flow of the combustible hydrocarbon fuels. // XV International Conference on MHD Energy Conversion and VI International Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics. Moscow, Russia, May 24−27.

2005, v.3,p.711−730.

11. В. М. Шибков, В. А. Черников, А. П. Ершов, А. А. Карачев, Р. С. Константиновский, Л. В. Шибкова, А. В. Восканян, В. В. Злобин. Влияние комбинированного СВЧ разряда и разряда постоянного тока на горение сверхзвукового потока углеводородного топлива. // Доклад на 3-ей научной школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», г. Алушта, Крым, 19−25 сентября 2005 г., с. 1−16.

12. V.M.Shibkov, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, A.V.Voskanyan, V.V.Zlobin. Microwave plasma assisted of supersonic hydrocarbon fuel combustion. // In Book: «Strong Microwaves in Plasmas». Edited by A.G.Litvak, in two volumes. Institute of Applied Physics of the RAS, Nizhny Novgorod, Russia, 2006, v. 2, p. 686−691.

13. V.M.Shibkov, A.D.Abramova, V.A.Chernikov, A.S.Dvinin, A.P.Ershov, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, O.S.Surkont, A.V.Voskanyan. Microwave discharge on external surface of dielectric antenna. // In book: «Strong microwaves in plasmas». Edited by A.G.Litvak, in two volumes. Institute of applied physics of the Russian Academy of Sciences. Nizhny Novgorod, 2006, v. 2, p. 742−747.

14. V.M.Shibkov, A.F.Alexandrov, V.A.Chernikov, V.G.Gromov, A.P.Ershov, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, V.V.Zlobin. Influence of gas discharge plasma on combustion of a supersonic hydrocarbon flow. // Invited Report on V Workshop «Thermochemical and plasma processes in aerodynamics. Saint-Petersburg, 19−22 June.

2006, No.25, p.1−7.

15. Шибков B.M., Громов В. Г., Ершов А. П., Константиновский Р. С., Черников В. А., Шибкова JI.B., Злобин В. В. Нетепловое воспламенение сверхзвукового потока углеводородного топлива в условиях неравновесной газоразрядной плазмы. //Доклад на 4-ой научной школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», г. Алушта, Крым, 18−24 сентября 2006 г., с. 1−12.

16. Shibkov V.M., Alexandrov A.F., Chernikov V.A., Ershov A.P., Konstantinovskij R.S., Shibkova L.V., Zlobin V.V. Freely localized and surface microwave discharges in highspeed flows. //VI International Workshop «Microwave discharges: Fundamentals and applications», September 11−15, 2006, Zvenigorod, Russia. Proceedings. Edited by Yu.A.Lebedev. Yanus-K, Moscow, 2006, p. 95−100.

17. Y.M.Shibkov, A.F.Aleksandrov, V.A.Chernikov, S.A.Dvinin, A.P.Ershov, R.S.Konstantinovskij, L.V.Shibkova, O.S.Surkont, V.V.Zlobin. Microwave Discharges: Fundamentals and Applications. //Report on 45 AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2007, Reno, Nevada, USA, AIAA-2007;427, p. 1−6.

18. V.M.Shibkov, L.V.Shibkova, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij. Surface Microwave Discharge at High Pressures of Air. //47th AIAA Aerospace Sciences Meeting. 5−8 January 2009. Orlando. Florida. American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA-2009;490.

19. V.M.Shibkov, L.V.Shibkova, R.S.Konstantinovskij. Ignition of Thin Films of Liquid Hydrocarbons under Conditions of a Surface Microwave Discharge. //47th AIAA Aerospace Sciences Meeting. 5−8 January 2009. Orlando. Florida. American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA-2009;492.

20. Шибков B.M., Шибкова JI.B., Карачев A.A., Константиновский Р. С. Параметры плазмы поверхностного СВЧ разряда в воздухе и воздушно-углеводородных смесях. //Научная конференция Ломоносовские чтения. МГУ, апрель 2009, Подсекция «Газодинамика, термодинамика, ударные волны», с. 239−243.

21. V.M. Shibkov, L.V.Shibkova, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij. Ignition of gaseous and liquid hydrocarbon fuel under condition of a high-speed air stream with help of a surface microwave discharge. //8th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics. Institute of High Temperature of RAS, Moscow, 2009, p. 26−49.

22. Константиновский P.С., В. М. Шибков, Шибкова Л. В. Плазменно-стимулированное воспламенение сверхзвукового пропан-воздушного потока в условиях поверхностного сверхвысокочастотного разряда. //Научная конференция Ломоносовские чтения. МГУ, апрель 2010, Подсекция «Газодинамика, термодинамика, ударные волны», с. 207−211.

23. V.M.Shibkov, A.F.Aleksandrov, L.V.Shibkova, A.A.Karachev, R.S.Konstantinovskij. Internal and External Ignition under Condition of Combined Discharge. //48th AIAA Aerospace Sciences Meeting. 3−7 January 2010. Orlando. FL. American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA-2010;0265, p. 1−12.

Выводы.

1. Экспериментально исследовано влияние низкотемпературной неравновесной газоразрядной плазмы на период индукции по отношению к воспламенению сверхзвукового пропан-воздушного потока с числом Маха М- 2. Эксперименты проводились в условиях поперечного по отношению к газовому потоку импульсного электродного разряда, существующего при малых значениях приведенного электрического поля ЕШ = 10−30 Тд, и создаваемого в различных (каверны открытого и закрытого типа) застойных зонах, формируемых на стенке аэродинамического канала, объемного свободно локализованного разряда, создаваемого в заданном месте свободного пространства сфокусированным пучком мощного микроволнового излучения, и поверхностного СВЧ разряда, генерируемого на диэлектрической антенне, обтекаемой сверхзвуковым потоком, существующих при больших значениях приведенного электрического поля Е/Ы = 100−200 Тд. Показано, что период индукции изменяется от миллисекундного масштаба времени для разряда постоянного тока до нескольких десятков микросекунд в условиях свободно локализованного и единиц микросекунд для поверхностного СВЧ разрядов.

2. Экспериментально получена стабилизация горения сверхзвукового (М= 2) пропан-воздушного потока в условиях СВЧ разряда, создаваемого в режиме программированного импульса в различных застойных зонах, формируемых в качестве стабилизатора пламени на стенке аэродинамического канала: в виде обратной ступеньки, прямоугольной каверны, прямоугольной каверны с различными глубинами передней и задней стенок, прямоугольной каверны с наклонной передней стенкой.

3. Разработана кинетическая модель воспламенения водородно-кислородной смеси в условиях неравновесной плазмы существующего длительное (десятки и сотни микросекунд) время СВЧ разряда, учитывающая влияние электрического поля на процессы диссоциации молекул и наработку активных радикалов, возбужденных и заряженных (электронов, положительных и отрицательных ионов) частиц. Математическое моделирование показало, что эффект нетеплового влияния разряда на воспламенение проявляется наиболее отчетливо при низких температурах газа, когда время теплового самовоспламенения велико. Так, при начальной газовой температуре Гг=900 К и атмосферном давлении стехиомстрической Н2-О2 смеси период индукции изменяется от ~1 мс при электронной температуре Те=0.1 эВ до ~1 мкс при 7/= 1.6 еУ. Рассмотрены четыре редуцированные кинетические схемы и показано влияние различных компонент и реакций на нетепловое инициирование воспламенения Н2-О2 смеси в условиях низкотемпературной неравновесной плазмы СВЧ разряда.

4. Проведено моделирование автовоспламенения сверхзвукового (М= 2) пропан-воздушного потока при пристеночном выделении тепла вблизи поверхности пластины длиной 15 см, на которой создается СВЧ разряд, рассматриваемый в расчетах только как тепловой источник без учета плазменных эффектов. Показано, что в этих условиях быстрое в течение 100 мкс воспламенение может быть осуществлено только при нагреве газа до 3000 К. При нагреве газа до температур меньших 3000 К или при использовании импульсного источника тепла длительностью меньше 100 мкс автовоспламенение не происходит, тогда как плазменно-стимулированное воспламенение сверхзвукового пропан-воздушного потока в условиях поверхностного СВЧ разряда происходит при длительности 5−20 мкс и нагреве газа до 10 001 500 К. В условиях поверхностного СВЧ-разряда проведено моделирование процесса плазменно-стимулированного воспламенения пропан-воздушной смеси с составом СзН8'.02=1:5 и 02: М2=21:79 при начальной газовой температуре 300 К, начальном давлении 98 Тор, начальной концентрации электронов 103 см" 3 и различных значениях 130−200 Тд приведённого электрического поля. Показано, что рассчитанная зависимость периода индукции от приведенного электрического поля удовлетворительно согласуется с данными, полученными из эксперимента.

5. Промоделировано плазменно-стимулированное горение стехиометрической пропан-воздушной смеси в условиях СВЧ разряда, создаваемого в режиме программированного импульса. Показано, что в этих условиях возможно уменьшение минимально необходимого для поддержания горения удельного энерговклада ценой увеличения времени воспламенения. Результаты выполненных экспериментальных исследований и данные математического моделирования позволяют сделать вывод о том, что низкотемпературная неравновесная газоразрядная плазма микроволновых разрядов является перспективным средством для инициирования воспламенения, а использование программированного режима создания разряда эффективно для поддержания стационарного горения сверхзвуковых потоков углеводородного топлива.

В заключение автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.ф.-м.н., профессору Шибкову Валерию Михайловичу и научному консультанту д.ф.-м.н. Шибковой Лидии Владимировне.