Инициирование детонации в газах высоковольтным наносекундным разрядом
Диссертация
Инициирование детонации распределенным наносекунд-ным разрядом3. 1. Экспериментальная установка с распределенным электродом из 131 ячейки3. 1. 1. Детонационная труба и общая схема установки. Высоковольтная часть и разрядная секция. Высоковольтная часть и разрядная секция.. Обсуждение и сравнение: влияние типа разряда на воспламенение и инициирование детонации. Режимы распространения пламени… Читать ещё >
Содержание
- Введение
- 1. 1. Импульсный детонационный двигатель и детонационные волны
- 1. 2. Механизмы инициирования детонации
- 2. Обзор литературы
- 2. 1. Экспериментальные и численные исследования методов инициирования детонации
- 2. 1. 1. Прямое инициирование детонации искровым разрядом
- 2. 1. 2. Сокращение длины и времени ПГД с помощью тур-булизующих препятствий
- 2. 1. 3. Инициирование детонации с помощью струй
- 2. 1. 4. Влияние топливных добавок на инициирование детонации
- 2. 1. 5. Инициирование детонации фокусировкой ударных волн
- 2. 1. 6. Инициирование детонации импульсным коронным разрядом
- 2. 2. Высоковольтный наносекундный разряд как средство инициирования детонации
- 2. 2. 1. Особенности развития высоковольтного наносе-кундного разряда
- 2. 2. 2. Предшествующие экспериментальные результаты
- 2. 1. Экспериментальные и численные исследования методов инициирования детонации
- 3. 1. Экспериментальная установка с распределенным электродом из 131 ячейки
- 3. 1. 1. Детонационная труба и общая схема установки
- 3. 1. 2. Высоковольтная часть и разрядная секция
- 3. 1. 3. Диагностическое оборудование
- 3. 2. Режимы распространения пламени в детонационной трубе
- 4. 1. Экспериментальная установка с распределенным электродом из 28 ячеек
- 4. 1. 1. Детонационная труба и общая схема установки
- 4. 1. 2. Высоковольтная часть и разрядная секция
- 4. 1. 3. Диагностическое оборудование
- 4. 1. 4. Схема синхронизации пикосекундной камеры
- 4. 2. Съемка развития разряда с торца детонационной трубы
- 4. 3. Режимы распространения пламени при инициировании локализованным разрядом
- 4. 4. Обобщение результатов экспериментов с использованием распределенных электродов
- 5. 1. Экспериментальная установка с одноканальной разрядной секцией
- 5. 2. Диагностика процесса развития различных типов разряда
- 5. 2. 1. Оптическая регистрация с пространственным разрешением
- 5. 2. 2. Оптическая регистрация с пространственно-временным разрешением
- 5. 3. Механизмы инициирования детонации различными типами разряда
- 5. 3. 1. Инициирование детонации искровым разрядом
- 5. 3. 2. Инициирование детонации переходным разрядом
- 5. 4. Обсуждение и сравнение: влияние типа разряда на воспламенение и инициирование детонации
- 6. 1. Экспериментальная установка с четырехканальной разрядной секцией
- 6. 2. Динамика развития разряда в четырехканальной геометрии
- 6. 3. Результаты инициирования детонации в пропан-кислородной смеси
- 6. 3. 1. Инициирование искровым и переходным разрядами
- 6. 3. 2. Инициирование стримерным разрядом
- 6. 4. Градиентный механизм в смесях с разбавлением азотом
- 6. 5. Обсуждение и сравнение: градиентный механизм в различных смесях
Список литературы
- J. А. С. Kentfield, Thermodynamics of airbreathing pulse-detonation engines, Journal of Propulsion and Power 18 (6) (2002) 1170.
- P. K. Panicker, J.-M. Li, F. K. Lu, D. R. Wilson, Development of a compact liquid fueled pulsed detonation engine with predetonator, in: 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2007, paper 2007−237.
- A. Rasheed, A. Glaser, R. A. Dunton, V. E. Tangirala, Experimental and numerical investigations of a valved multi-tube pde, in: 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2008, paper 2008−110.
- W. Fan, C. Yan, X. Huang, Q. Zhang, L. Zheng, Experimental investigation on two-phase pulse detonation engine, Combustion and Flame 133 (2003) 441−450, doi:10.1016/S0010−2180(03)00043−9.
- Т. В. Баженова, В. В. Голуб, Использование газовой детонации в управляемом частотном режиме, Физика горения и взрыва 39 (4) (2003) 3−21.
- J. Sterling, К. Ghorbanian, Т. Sobota, Enhanced combustion pulsejet engines for mach 0 to 3 applications, in: AIAA/ASME/SAE/ASEE 32nd Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, Lake Buena Vista, USA, 1996, paper 1996−2687.
- J. О. Sinibaldi, P. Hall, J. Holthaus, T. Robbins, Design and development of a new valveless pde concept, in: G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi (Eds.), Pulsed and Continuous Detonations, Torus Press, Moscow, Russia, 2006, pp. 261−267.
- Б. Y. Marchukov, A. I. Tarasov, A. V. Wagner, Testing results of valveless pulse engine demonstrator and numerical simulation, in: G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi (Eds.), Pulsed and Continuous Detonations, Torus Press, Moscow, Russia, 2006, pp. 294−298.
- T. J. Danaher, Characterization of ethylene/jp-10 fuel injection profiles for a valveless pulse detonation engine, Master’s thesis, Naval Postgraduate School (2007).
- S. I. Jackson, J. E. Shepherd, A toroidal imploding detonation wave initiator for pulse detonation engines, AIAA Journal 45 (1) (2007) 257 270.
- S. Eidelman, W. Grossman, Pulsed detonation engine experimental and theoretical review, in: AIAA/SAE/ASME/ASEE 28th Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, Nashville, USA, 1992, paper 92−3169.
- T. R. A. Bussing, G. Pappas, An introduction to pulse detonation engines, in: 32nd Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 1994, paper 1994−263.
- T. R. A. Bussing, A rotary valved multiple pulse detonation engine, in: AIAA/ASME/SAE/ASEE 31st Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, San Diego, USA, 1995, paper 1995−2577.
- S. Kitano, H. Sato, A. K. Hayashi, V. Tangirala, N. Tsuboi, Development of micro-pde and its performance evaluation, in: G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi (Eds.), Pulsed and Continuous Detonations, Torus Press, Moscow, Russia, 2006, pp. 280−285.
- T. Kojima, H. Kobayashi, Analytical and experimental study on pde with exit valves for hypersonic propulsion system, in: AIА, А / ASME/S АЕ / ASEE 31st Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, Tucson, USA, 2005, paper 2005−3510.
- P. Akbari, E. Szpynda, R. Nalim, Recent developments in wave rotor combustion technology and future perspectives: A progress review, in: 43rd AIAA/ASME/SАЕ/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, Cincinnati, USA, 2007, paper 2007−5055.
- F. A. Bykovskii, V. V. Mitrofanov, E. F. Vedernikov, Continuous detonation combustion of fuel-air mixtures, Combustion, Explosion, and Shock Waves 33 (3) (1997) 120−131.
- D. M. Davidenko, I. Gokalp, A. N. Kudryavtsev, Numerical study of the continuous detonation wave rocket engine, in: 15th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, AIAA, Dayton, USA, 2008, paper 2008−2680.
- V. E. Tangirala, N. Tsuboi, A. K. Hayashi, Performance estimations for subsonic-to-supersonic flight conditions of a pulse detonation engine, in: 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2008, paper 2008−113.
- F. Ma, J.-Y. Choi, V. Yang, Internal flow dynamics and performance of valveless airbreathing pulse detonation engine, in: 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2006, paper 20 061 024.
- С. M. Brophy, L. S. Werner, J. O. Sinibaldi, Performance characterization of a valveless pulse detonation engine, in: 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2003, paper 20 031 344.
- Y. Matsutomi, S. Heister, Studies on valveless pulse detonation engines, in: 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, AIAA, Orlando, USA, 2009, paper 2009−0859.
- A. K. Hayashi, N. Tsuboi, H. Jotaki, V. Tangirala, A. J. Dean, Performance estimations of a pde with exit nozzles, in: G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi (Eds.), Pulsed and Continuous Detonations, Torus Press, Moscow, Russia, 2006, pp. 286−293.
- J. L. Cambier, J. K. Tegner, Strategies for pde performance optimization, in: AIAA/ASME/SAE/ASEE 33rd Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, Seattle, USA, 1997, paper 1997−2743.
- S. Eidelman, X. Yang, Analysis of the pulse detonation engine efficiency, in: AIAA/ASME/SAE/ASEE 34th Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, Cleveland, USA, 1998, paper 1998−3877.
- J. Heffer, R. Miller, Performance of choked unsteady ejector-nozzles for use in pressure gain combustors, in: 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, AIAA, Orlando, USA, 2009, paper 2009−1063.
- К. И. Щслкин, Возникновение детонации в газах в шероховатых трубах, ЖТФ 17 (5) (1947) 613.
- C. J. Brown, G. O. Thomas, Experimental studies of ignition and transition to detonation induced by the reflection and diffraction of shock waves, Shock Waves 10 (1) (2000) 23−32.
- P. D. Hutcheson, С. M. Brophy, J. O. Sinibaldi, Design, modeling and evaluation of an initiator unit for a split-path jp-10/air pulse detonation combustor, in: 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2007, paper 2007−233.
- F. R. Schauer, C. L. Miser, К. C. Tucker, Detonation initiation of hydrocarbon-air mixtures in a pulsed detonation engine, in: 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2005, paper 2005−1343.
- R. Sorin, R. Zitoun, D. Desbordes, Optimization of the deflagration to detonation transition: Reduction of length and time of transition, Shock Waves 15 (2) (2006) 137−145.
- H. H. Смирнов, В. Ф. Никитин, Влияние геометрии канала и температуры смеси на переход горения в детонацию в газах, Физика горения и взрыва 40 (2) (2004) 68−83.
- V. N. Gamezo, Т. Ogawa, Е. S. Oran, Deflagration-to-detonation transition in premixed h2-air in channels with obstacles, in: 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2007, paper 2007−1172.
- I. Semenov, S. Frolov, V. Markov, P. Utkin, Shock-to-detonation transition in tubes with shaped obstacles, in: G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi (Eds.), Pulsed and Continuous Detonations, Torus Press, Moscow, Russia, 2006, pp. 159−169.
- M. Cooper, S. Jackson, J. Austin, E. Wintenberger, J. E. Shepherd, Direct experimental impulse measurements for detonations and deflagrations, Journal of Propulsion and Power 18 (5) (2002) 1033−1041.
- J. Austin, E. Wintenberger, M. Cooper, S. Jackson, J. E. Shepherd, An analytical model for the impulse of a single-cycle pulse detonation tube, Journal of Propulsion and Power 19 (1) (2003) 22−38.
- D. H. Lieberman, K. L. Parkin, J. E. Shepherd, Detonation initiation by a hot turbulent jet for use in pulse detonation engines, in: 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA, Indianapolis, USA, 2002, paper 2002−3909.
- P. F. Pinard, A. J. Higgins, J. H. Lee, The effects of no2 addition on deflagration-to-detonation transition, Combustion and Flame 136.
- S. M. Frolov, V. S. Aksenov, I. O. Shamshin, Shock-to-detonation transition in tubes with u-bends, in: G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi (Eds.), Pulsed and Continuous Detonations, Torus Press, Moscow, Russia, 2006, pp. 146−158.
- С. M. Фролов, Быстрый переход горения в детонацию, Химическая физика 27 (2008) 31−44.
- S. М. Frolov, Liquid-fueled, air-breathing pulse detonation engine demonstrator: Operation principles and performance, Journal of Propulsion and Power 22 (6) (2006) 1162−1169.
- E. S. Oran, V. N. Gamezo, Origins of the deflagration-to-detonation transition in gas-phase combustion, Combustion and Flame 148 (1−2) (2007) 4−47.
- A. K. Kapila, D. W. Schwendeman, J. J. Quirk, T. Hawa, Mechanisms of detonation formation due to a temperature gradient, Combustion Theory and Modelling 6 (4) (2002) 553−594.
- J. H. S. Lee, Initiation of gaseous detonation, Annual Review of Physical Chemistry 28 (1977) 75−104.
- A. Y. Starikovskii, Plasma supported combustion, in: Proceedings of the Combustion Institute, 30th Interantional Symposium on Combustion, Chicago, USA, 2004, p. 326.
- S. M. Starikovskaia, N. B. Anildn, S. V. Pancheshnyi, D. V. Zatsepin, A. Y. Starikovskii, Pulsed breakdown at high overvoltage: Development, propagation and energy branching, Plasma Sources Sci. Technol. 10 (2) (2001) 344−355.
- L. M. Vasilyak, S. V. Kostyuchenko, N. N. Kudryavtsev, I. V. Filyugin, Fast ionisation waves under electrical breakdown conditions, Phys.-Usp. 37 (3) (1994) 247−268.
- Ю. П. Райзер, Физика газового разряда, Наука, Москва, 1987.
- Ю. Д. Королев, Г. А. Месяц, Физика импульсного пробоя газов, Наука, Москва, 1991.
- В. П. Жуков, Воспламенение насыщенных углеводородов при высоких давлениях и инициирование детонации наносекундным разрядом, Ph.D. thesis, Московский физико-технический институт (государственный университет) (2004).
- V. P. Zhukov, A. Y. Starikovskii, Effcct of a nanosecond gas discharge on deflagration to detonation transition, Combustion, Explosion, and Shock Waves 42 (2) (2006) 195−204.
- A. Y. Starikovskii, The method of initiation of ignition, intensification of combustion or reforming of fuel-air and fuel-oxygen mixtures, patent PCT/IB 2006/3 106 (2006).
- В. П. Ларионов, Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения., Энергоатомиздат, Москва, 1989.
- Г. К. Вандышев, Ю. А. Зюрюкин, Анализ особенностей работы пьезоэлектрического датчика на резистивную нагрузку, Физические процессы в электронных приборах 46 (3) (2001) 372−376.
- М. Kaneshige, J. Е. Shepherd, Detonation database, Technical report fm97−8, GALCIT, California Institute of Technology (1997).
- I. Kosarev, S. Kindusheva, N. Aleksandrov, S. Starikovskaia, A. Starikovskii, Kinetics in gas mixtures for problem of plasma assisted ignition, in: 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA, Reno, USA, 2007, paper 2007−1386.
- S. V. Pancheshnyi, S. M. Starikovskaia, A. Y. Starikovskii, Measurements of rate constants of the n2(c3pu) and n2+(b2s-bu) deactivation by n2, o2, h2, со and h2o molecules in afterglow, Chem. Phys. Lett. 294 (1998) 523.
- A. A. Ionin, I. V. Kochetov, A. P. Napartovich, N. N. Yuryshev, Physics and engineering of singlet, delta oxygen production in low-t, emperaturc plasma, J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2) (2007) R25-R61.
- A. V. Berdushev, et al., Molecular gas heating in pulsed mw discharge, High Temperature (Teplofizika Vysokikh Temperatur) 26 (4) (1988) 661 666.
- Распространение спонтанной волны воспламенения понеравномерно нагретой смеси. 9
- Области развития пробоя в воздухе при помощи различных механизмов в зависимости от перенапряжения. TP -тлеющий разряд. Кривая приведена в обзоре 79., экспериментальные данные взяты из [82]. 23
- Фотографии излучения наносекундного разряда в воздухе при давлении 0,33 атм в различные моменты времени (негатив). Штриховая линия обозначает контуры разрядной камеры. Выдержка камеры 3 не. 26
- Схема формирования и регистрации высоковольтных ианосекундных импульсов на установке с распределенным наиосекундным разрядом. 303.3