авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Физические процессы в движущейся плазме многокомпонентных инертных и химически активных смесей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ШИБКОВА ЛИДИЯ ВЛАДИМИРОВНА

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДВИЖУЩЕЙСЯ ПЛАЗМЕ

МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ИНЕРТНЫХ И ХИМИЧЕСКИ

АКТИВНЫХ СМЕСЕЙ

Специальность 01.02.05 механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва 2007

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Александров Андрей Федорович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Коссый Игорь Антонович доктор физико-математических наук Леонов Сергей Борисович доктор физико-математических наук, профессор Сысоев Николай Николаевич

Ведущая организация: Институт проблем механики Российской Академии Наук

Защита диссертации состоится 31 октября 2007 г. в 11 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.110.03 при Объединенном институте высоких температур РАН по адресу: 125412, г. Москва, ул. Ижорская, 13/19, Институт высоких температур РАН, Экспозиционный зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН.

Автореферат разослан «»2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.110. доктор технических наук В.А.Зейгарник I.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В целях достижения оптимальных параметров плазменных устройств часто приходится идти по пути усложнения химического состава рабочей среды. При этом в разрядах в многокомпонентных смесях протекают процессы, несущественные для однокомпонентных сред. Например, в смеси инертных газов возникает пространственно-неоднородное перераспределение компонентов смеси, что может приводить к снижению эффективности работы таких плазменных устройств, как газоразрядные лазеры, газоразрядные источники света и др.

Неучет влияния пространственного разделения смеси также приводит к значительным ошибкам в определении концентрации химически активных компонентов при использовании актинометрического метода диагностики в плазменных реакторах. Еще одна важная проблема, которая решается с помощью плазменных технологий, это очистка инертных газов от примесей, так как потребность в чистом веществе возрастает непрерывно, а требования к его чистоте ужесточаются.

В химически активных смесях возникают нехарактерные для инертных газов процессы, приводящие к частичному или полному качественному изменению состава смеси. Так разряды, создаваемые в молекулярных газах (воздух, водород, азот, кислород и их смеси), приводят к эффективной диссоциации молекул, наработке активных радикалов и нагреву рабочей среды, что не наблюдается в смесях инертных газов. А 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. 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.

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. Поэтому для более глубокого понимания физико химических процессов, протекающих при воспламенении углеводородных смесей в газовой и жидкой фазах с помощью низкотемпературной плазмы, актуальным является проведение, как экспериментальных исследований, так и сопоставление их с расчетами в рамках физических моделей влияния газового разряда на инициирование горения.

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 инертных газов, а также в многокомпонентных смесях химически активных молекулярных газов.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

экспериментальное исследование степени пространственно-временного перераспределения компонентов смесей инертных газов и выявление ответственных за наблюдаемое разделение механизмов в условиях диффузионного режима существования стационарного и импульсного разрядов;

изучение пространственно-временной эволюции параметров неравновесной плазмы, создаваемой на диэлектрической антенне новой разновидностью самостоятельного поверхностного СВЧ разряда, а также исследование газодинамических возмущений, возникающих в условиях изучаемого разряда;

реализация быстрого плазменно-стимулированного воспламенения и горения газообразных и жидких углеводородов с помощью неравновесной низкотемпературной плазмы поверхностного СВЧ разряда в неподвижном воздухе и высокоскоростных газовых потоках;

проведение математического моделирования с целью выявления основного механизма, ответственного за воспламенение углеводородного топлива в условиях газоразрядной плазмы, и с целью изучения возможности уменьшения локального коэффициента турбулентного трения с помощью поверхностного СВЧ разряда.

Методы исследования. В ходе выполнения диссертации использовался широкий набор методов исследования с применением следующего диагностического оборудования: монохроматоры и спектрографы с цифровой регистрацией спектра;

блок зондовой диагностики с цифровой регистрацией вольт-амперных характеристик двойного и одиночного зондов;

высокоскоростная камера;

установка теневой диагностики;

рефракционные лазерные датчики;

система измерения проводимости пламени;

цифровые фотоаппараты и видеокамеры;

цифровые осциллографы;

компьютеры. Для решения поставленных задач применялись как бесконтактные, так и контактные диагностические методы. Исследования проводились, как в разряде постоянного тока, так и в режиме импульсной модуляции разрядного тока, а также в условиях импульсного самостоятельного поверхностного СВЧ разряда. Измерения основных параметров плазмы проводились с временным и пространственным разрешением. Применение импульсного разряда позволяло изучить временной ход основных параметров плазмы в активной фазе разряда, а также в стадии послесвечения, где процессы могут быть "разрешены" во времени.

Пространственно-временное распределение концентраций атомов многокомпонентных смесей инертных газов определялось по относительным интенсивностям спектральных линий атомов примесей и буферного газа.

Функция распределения электронов по энергиям определялась из вольтамперных характеристик тока на зонд с последующей обработкой по методу регуляризации А.Н.Тихонова и из вторых производных по потенциалу зондового тока. Временной ход напряженности электрического поля в плазме определялся по разности потенциалов пространства двух зондов, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга.

Концентрация метастабильных атомов измерялась методом поглощения с учетом сверхтонкой структуры спектральных линий. Для получения информации о кинетике убегающих электронов на начальной стадии импульсного разряда использовались зондовый метод, метод задерживающих потенциалов и метод селекции электронов по скоростям с помощью поперечного магнитного поля. Концентрация заряженных частиц в послесвечении измерялась методом зондирующего импульса малой амплитуды и длительности. При измерении радиального распределения ионов примеси использовался метод С.Д.Вагнера, основанный на теории тока на зонд в двухкомпонентной плазме. Динамика пространственного перераспределения компонентов бинарной пеннинговской смеси исследовалась по изучению времени релаксации метастабильных атомов буферного газа в стадии деионизации плазмы.

Общий вид поверхностного СВЧ разряда и динамика его развития фиксировались с использованием скоростной цифровой фотокамеры.

Теневое фотографирование использовалось для визуализации газодинамических возмущений (ударные волны, каверны плотности), возникающих при создании поверхностного СВЧ разряда. Температура газа определялась спектроскопическим методом, основанным на регистрации распределения интенсивностей линий вращательной структуры полос двухатомных молекул N2, CN, H2 и C2. При измерении временного хода температуры газа использовался полихроматор на базе двух монохроматоров с фотоэлектронными умножителями в качестве приемников излучения. При измерении средней за длительность СВЧ импульса температуры газа использовался спектрограф с ПЗС линейкой в качестве приемного устройства излучения. Концентрация электронов измерялась зондовым методом с использованием как одиночного, так и двойного зондов. Концентрация электронов в плазме поверхностного СВЧ разряда в воздухе измерялась также спектроскопическим методом по регистрации штарковского уширения спектральной линии H с длиной волны =486,1 нм с учетом таких уширяющих факторов, как аппаратная функция монохроматора, эффект Доплера, внешний микроволновой эффект Штарка и влияние ширины входной щели монохроматора. Период индукции определялся несколькими способами, а именно: по минимальной длительности СВЧ импульса, приводящего к появлению характерного свечения пламени;

по резкому возрастанию интенсивности свечения молекулярной полосы возбужденного радикала CH с длиной волны канта 431,5 нм (полоса (0;

0) перехода A2X2);

по времени появления сигнала с двойного зонда;

по времени возникновения тока через плоский конденсатор. Воспламенение высокоскоростного потока детектировалось также по резкому изменению общего вида спектра излучения плазмы и по резкому увеличению температуры газа.

Научная новизна работы заключается в следующем:

впервые выполнено комплексное исследование явлений переноса, определяющих степени радиального и аксиального разделений компонентов в бинарных и тройных смесях инертных газов в положительном столбе газового разряда;

впервые экспериментально показана взаимосвязь аксиального и радиального разделения компонентов смесей инертных газов в положительном столбе газового разряда;

впервые обнаружено явление уменьшения эффективной диффузионной длины разряда для атомов примеси, оказывающее существенное влияние на динамику радиального разделения компонентов смеси;

предложен и реализован высокопроизводительный, экологический, безотходный, плазменный метод очистки технического гелия;

впервые в широком диапазоне давлений воздуха (р = 10-3 103 Тор) выполнено комплексное систематическое исследование параметров низкотемпературной плазмы, создаваемой новой разновидностью СВЧ разряда, поддерживаемого поверхностной волной на диэлектрических антеннах, а также газодинамических возмущений, возникающих в условиях изучаемого разряда;

впервые реализовано быстрое плазменно-стимулированное воспламенение и горение газообразных (пропан) и жидких (спирт, бензин, керосин) углеводородов в условиях поверхностного СВЧ разряда в неподвижном воздухе и высокоскоростных газовых потоках и проведено комплексное систематическое исследование этих процессов;

на основе математического моделирования показано влияние плазменных эффектов на быстрое воспламенение углеводородного топлива в условиях низкотемпературной плазмы.

Эти результаты являются оригинальными и получены впервые.

Достоверность полученных результатов. 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 в России и за рубежом, а также данными численного моделирования исследуемых явлений. Таким образом, полученные результаты является вполне обоснованными и достоверными.

Личный вклад автора. Вклад соискателя в работы, написанные в соавторстве и вошедшие в диссертацию, является определяющим. Автором по научному направлению, связанному с изучением физических процессов в многокомпонентных смесях инертных газов, сформулирована постановка проблемы, разработаны и созданы экспериментальные установки, проведены комплексные экспериментальные исследования и численное моделирование, выполнен анализ полученных результатов. По научному направлению, связанному с изучением физических процессов в химически активных газах, автором проведено систематическое исследование свойств новой разновидности поверхностного СВЧ разряда в широком диапазоне условий его существования, впервые осуществлено применение данного разряда для быстрого воспламенения жидких углеводородов, поставлены задачи для численного моделирования влияния поверхностного СВЧ разряда на характеристики погранслойного течения и на воспламенение пропан воздушного сверхзвукового потока, проведен анализ влияния плазменных эффектов на процесс быстрого нетеплового воспламенения в условиях низкотемпературной плазмы, а также анализ результатов численного моделирования влияния поверхностного СВЧ разряда на характеристики погранслойного течения.

Практическая значимость работы. Полученные в работе данные о степени пространственного разделения компонентов бинарных и тройных смесей инертных газов и времени установления стационарного уровня разделения в зависимости от параметров разряда могут быть использованы для оптимизации работы существующих устройств и для целенаправленной разработки и конструирования новых приборов, использующих в качестве рабочего вещества многокомпонентные смеси газов. Полученные в диссертации результаты явились фундаментальной основой для разработки и создания лабораторного прототипа разделительной установки. На способ и устройство для очистки газов, преимущественно инертных, от примесей автором получен патент.

Результаты, касающиеся поверхностного СВЧ разряда, представляют не только академический интерес, но являются научной базой для выработки рекомендаций по использованию газоразрядной плазмы при создании летательных аппаратов нового поколения, для оценки влияния плазменных образований на погранслойное течение и ускорение воспламенения.

Квалификационная ценность результатов исследований признана российским и международным научными сообществами, в частности, посредством предоставления грантов Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проекты РФФИ № 02-02-17116, № 05-02-16532, № 05-02 30054), грантов Международного Научно-Технического Центра (проекты МНТЦ № 443, № 1866, № 2248) и Нидерландского научного общества (проект NWO № 047-016.019).

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на ряде международных и национальных конференций, симпозиумах, рабочих семинарах и совещаниях, в том числе: на Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (ФНТП, Киев, 1979, Ленинград, 1983, Киев, 1986, Минск, 1991, Петрозаводск, 1995);

на Европейских симпозиумах по атомно-молекулярным столкновениям в ионизованных газах (ESCAMPIG Дубровник, 1980, Оксфорд, 1982, Бари, 1984, Орлеан, 1990, Санкт-Петербург, 1992, Дублин, 1998);

на Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах (ICPIG Прага, 1973, Минск, 1981, Дюссельдорф, 1983, Сванси, 1987, Нью-Йорк, 1995, Тулуза, 1997);

на Всесоюзных конференциях по электрон-атомным столкновениям (ВКЭАС Ленинград, 1981, Чебоксары, 1991);

на Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы (Фрунзе, 1983);

на Всесоюзном совещании по физике электрического пробоя газов (Тарту, 1984);

на Всесоюзной конференции по процессам ионизации с участием возбужденных атомов (Ленинград, 1988);

на Международных конференциях Мощное СВЧ излучение в плазме (Strong microwave in plasmas Звенигород, 1994, Нижний Новгород, 1990, 2000, 2003, 2005);

на Международных рабочих семинарах СВЧ разряды: основные свойства и применения (Microwave discharges: Fundamentals and applications Франция, Аббей, Рояль Фонтевро, 1997, Звенигород, 2000, 2006);

на Международных совещаниях по магнитной и плазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях (Magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications Москва, 2000, 2004, 2005, 2007);

на Международных рабочих семинарах по физике слабоионизованных газах (Weakly Ionized Gases Workshops Анахайм, 2001, Рино, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007);

на Международном симпозиуме по плазмохимии (Plasma Chemistry Орлеан, 2001);

на Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии (ISTAPS Иваново, 2002);

на Международной конференции по физике низкотемпературной плазмы (PLTP Киев, 2003);

на Международных симпозиумах Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике (Санкт-Петербург, 2003, 2004, 2006);

на Международной конференции по микро- и наноэлектронике (Micro- and nanoelectronics Москва-Звенигород, 2003);

на Международных конференциях по физической электронике (Махачкала, 1999, 2004, 2006);

на научных школах-конференциях Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики (Алушта, 2004, 2005, 2006);

на Межгосударственном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (Москва, 1997);

на Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2000, 2001, 2003, 2006);

на Международной конференции по термохимическим и газодинамическим явлениям (Thermophysical and gasdynamical phenomena Киев, 2006), на научной конференции Московского государственного университета Ломоносовские чтения (секция газодинамика, термодинамика и ударные волны, Москва, 2007) и на научных семинарах кафедры математики физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, кафедры оптики физического факультета Ленинградского государственного университета, лаборатории физики плазмы Института общей физики РАН, Института проблем механики РАН, кафедры физической электроники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Публикации. Основные результаты, включенные в диссертацию, представлены в 75 научных публикациях, в том числе: в 1 монографии, в статьях в реферируемых научных журналах, в 1 патенте, в 46 статьях в книгах, научных сборниках, материалах международных и российских конференций. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Объем и структура работы. Основное содержание диссертации изложено на 341 странице машинописного текста, включая 168 рисунков и таблиц. Работа состоит из введения, шести глав и заключения, в котором сформулированы основные выводы. Список цитируемой литературы содержит 368 наименований.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, показаны новизна, научная и практическая значимость работы, приведены сведения об апробации работы и публикациях.

В первой главе основное внимание сосредоточено на экспериментальных исследованиях физических процессов, протекающих в газоразрядной плазме в бинарных и тройных смесях инертных газов, в которых эффективно происходит пространственное перераспределение компонентов смеси (рис. 1). К пространственному перераспределению компонентов смеси инертных газов могут приводить такие механизмы, как ионный ветер;

термодиффузия;

катафорез и некоторые другие.

Для нахождения основного механизма, ответственного за пространственное разделение смеси в условиях газоразрядной Рис. 1. Общий вид разряда в техническом гелии плазмы, исследования вначале при различных давлениях.

были выполнены в бинарной гелий-ксеноновой смеси, отличающейся наибольшей разностью в соотношении потенциалов ионизации и масс атомов. Эксперименты проводились при следующих условиях для тока, парциальных давлений буферного и примесного газов: i = 0,01-0,25 А, рНе=0,1-0,5 Top, рХе=210-4 510-3 Тор.

Результаты измерений радиального распределения концентрации атомов примеси в Не-Хе смеси показывают, что степень разделения компонентов бинарной смеси возрастает с увеличением разрядного тока, расстояния от катода и давления гелия, тогда как с увеличением доли примеси в разряде степень радиального разделения уменьшается.

Полученные экспериментальные результаты хорошо объясняются с помощью такого механизма разделения, как катафорез, связанного с непосредственным переносом материи ионами, которые, нейтрализуясь у стенок, создают около них область повышенной плотности легкоионизуемого компонента смеси. Для подтверждения этого были проведены расчеты радиального разделения бинарной смеси за счет различных механизмов. Так как в экспериментальных условиях в центральных областях разрядной камеры измеренный градиент температуры не превышает 20 градусов на радиус трубки, то это соответствует степени термодиффузионного разделения не больше 5%. Так как концентрация примесного газа в прианодных и центральных областях разрядной трубки мала, то длина свободного пробега ионов примеси по отношению к резонансным перезарядочным столкновениям превышает поперечный размер трубки. Поэтому и радиальное разделение смеси за счет ионного ветра пренебрежимо мало.

На рис. 2 приведено сравнение экспериментально полученных результатов с данными математического моделирования в предположении, что основным механизмом является катафорез. Видно удовлетворительное согласие рассчитанных и экспериментальных данных. Однако эксперимент четко показывает, что при приближении к катоду начинает нарастать разница между экспериментом и расчетом. Это связано с тем, что в эксперименте за счет продольного переноса атомов примеси их концентрация около катода 1, возрастает, длина свободного пробега nXe(0)/nXe(R) ионов примеси резко уменьшается по отношению к резонансным перезарядочным столкновениям, и 0, возрастает вклад ионного ветра в перенос примеси к стенкам разрядной 3 трубки, что ведет к увеличению степени радиального разделения смеси.

0, 0 20 40 Если же перераспределение z, см компонентов происходит в основном Рис. 2. Зависимости радиального за счет явления катафореза, то оно разделения компонентов бинарной Не должно быть тем сильнее, чем Хе смеси от продольной координаты.

Пунктирная кривая (1) расчет для больше разница в потенциалах и i = 0,2 А, рНе = 0,3 Тор, pХе = 10-3 Тop, массах компонентов. Поэтому был сплошные кривые экспериментальные введен параметр, равный - данные для i = 0,2 А, pХе=10 Тop и произведению разности потенциалов трех значений давления гелия рНе, Тор:

20,1;

30,3;

40,5. ионизации компонентов на разность их масс. Значения этого множителя равны 46,88;

844,04;

1049,55;

1586,16 для смесей He-Ne;

Не-Кr;

Nе-Хе и Не Хе соответственно. Исходя из этих данных, можно предположить, что по возрастанию степени пространственного разделения компонентов бинарные смеси инертных газов должны стоять в ряду: He-Ne;

He-Kr;

Ne Xe и Не-Хе. Полученные зависимости радиального и продольного распределений концентраций атомов примеси в бинарных смесях инертных газов подтвердили это предположение (смотри рис. 3 и рис. 4). Видно, что чем больше отличаются друг от друга потенциалы ионизации и 1, массы компонентов, составляющих na(r)/na(R) бинарную смесь, тем сильнее происходит их разделение.

Исследование разрядов в 0, тройных смесях инертных газов, показало, что малая добавка третьего компонента слабо влияет на 0, продольное и радиальное разделение 0,0 0,5 1, r/R смеси.

Во второй главе диссертации Рис. 3. Поперечное распределение относительных концентраций атомов неона в изучается динамика установления разряде в бинарной He-Ne смеси (кривая 1), пространственного распределения криптона в He-Kr смеси (кривая 2), ксенона в плотности примеси. Для этого Ne-Хе смеси (кривая 3) и ксенона в Не-Хе смеси (кривая 4). рНе = 0,3 Тор, давление использовался импульсный режим разряда и измерения проводились с примесного газа рпримеси = 10-3 Тop, i = 0,1 А.

временным разрешением. Так как время установления продольного разделения в 100-1000 раз больше времени установления радиального катафореза, то в течение длительности импульса 100 200 мкс не происходит заметного продольного разделения 1, смеси, плазма в аксиальном na(z)/na(0) направлении остается однородной, и измерения радиального профиля интенсивностей линий можно 0, проводить с торца разрядной трубки.

При этом нет необходимости применять инверсию Абеля для вычисления локальных значений 0, 0 20 40 интенсивностей. Не-Хе смесь z, см является пеннинговской смесью, Рис. 4. Продольное распределение относительных концентраций атомов неона в поэтому в ней эффективно протекает разряде в бинарной He-Ne смеси (кривая 1), реакция тушения метастабильных криптона в He-Kr смеси (кривая 2), ксенона в атомов гелия атомами ксенона. На Ne-Хе смеси (кривая 3) и ксенона в Не-Хе смеси (кривая 4). рНе = 0,3 Тор, давление этой основе в диссертации был предложен и разработан метод примесного газа рпримеси = 10-3 Тop, i = 0,1 А.

исследования динамики радиального катафореза по изучению времени релаксации метастабильных атомов гелия в стадии деионизации плазмы. Данным методом, а также по относительным интенсивностям спектральных линий атомов ксенона и гелия, была исследована динамика установления радиального разделения Не-Хе смеси в зависимости от внешних параметров (разрядный ток, парциальные давления буферного и примесного газов). Показано, что с ростом разрядного тока при всех исследованных давлениях основного и примесного газов время t st установления радиального разделения компонентов смеси уменьшается, тогда как при неизменных разрядном токе и парциальном давлении гелия с ростом давления ксенона время установления катафореза увеличивается.

Были проведены также измерения времени восстановления 1, однородного по радиусу разрядной nXe(0,t)/nXe(R,t) трубки распределения атомов ксенона после окончания импульса разрядного тока. С этой целью на 0, разрядную трубку подавался второй импульс с задержкой относительно им заднего фронта первого импульса, и 0, проводились измерения радиального 0 100 200 300 400 500 t, мкс профиля концентрации атомов Рис. 5. Временной ход концентрации атомов ксенона в основном состоянии в ксенона в основном состоянии на оси разрядной трубки за время импульса моменты времени, соответствующие разрядного тока (им = 100 мкс) и после его начальным участкам второго - импульса (t = 3 мкс). Из окончания. рНе=0,25 Тор, рХе=10 Тор, i=0,15 А.

результатов измерения (рис. 5) видно, что время восстановления в условиях эксперимента порядка 300 400 мкс, что близко к времени, необходимому для выравнивания концентрации атомов ксенона по радиусу разрядной трубки за счет диффузии нейтральных атомов ксенона, тогда как в импульсе разрядного тока время установления стационарного уровня разделения компонентов смеси значительно меньше (~60 мкс) этой величины.

Другой важный результат был получен при исследовании зависимости времени установления tst, мкс 120 стационарного значения радиального распределения от давления буферного газа (рис. 6).

Время установления при низких давлениях уменьшается, несмотря на то, что с ростом давления 0,1 0,2 0,3 0,4 0, основного газа диффузия атомов р, Тор ксенона от стенок в разряд Не Рис. 6. Время установления стационарного затрудняется, и время, необходимое уровня радиального катафореза в Не-Хе смеси в для возврата нейтральных атомов, трубке радиусом 1,5 см при рХе = 10-3 Тор в зависимости от давления гелия для различных должно увеличиваться. При значений разрядного тока i, А: 1 – 0,06;

2 – 0,15;

дальнейшем увеличении давления 3 – 0,3. буферного газа (рНе 0,2 Тор) время установления радиального градиента примеси начинает постепенно расти.

Для объяснения полученных зависимостей было сделано предположение, что по мере увеличения радиального разделения компонентов смеси, т.е. роста концентрации примеси у стенок, положение максимума в распределении ионов ксенона по радиусу должно постепенно перемещаться из центра к стенкам разрядной трубки, т.е. в этом случае атомы примеси не возвращаются в центр разрядной трубки, а на некотором расстоянии от стенок ионизуются и вновь уходят на стенки. При этом происходит уменьшение эффективной диффузионной длины ef, определяемой в этом случае расстоянием между максимумом в распределении ионов примеси и стенкой разрядной трубки. Для подтверждения этой гипотезы были проведены измерения радиального распределения ионов примеси с помощью метода С.Д.Вагнера, основанного на теории тока на зонд в двухкомпонентной плазме.

Результаты измерений, приведенные на рис. 7 и рис. 8, подтверждают высказанные нами предположения, о том, что максимум + + n (r,t)/n (0,t) Xe Xe ионизации примеси сдвинут к стенкам t, мкс разрядной трубки, и эффективная 1, диффузионная длина для атомов 0, примеси резко уменьшается с ростом давления гелия.

1,0 r/R 0 0, С учетом того, что время t st Рис. 7. Изменение во времени радиального в установления стационарного уровня распределения ионов ксенона импульсном разряде в Не-Хе смеси при разделения смеси при различных - рНе = 0,25 Тор, рХе = 10 Тор, i = 0,15 А. условиях эксперимента определяется временем установления равенства 1, потока ионов из разряда на стенку и обратным потоком атомов ксенона в ef / R разряд, получена формула ef pHe 0, n n tst = Xe + = Xe, (b + n + Xe Xe n + 760b + kTe Xe Xe Xe подвижность ионов ксенона в гелии, 0, k постоянная Больцмана, Te 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0, p, Тор He температура электронов), позволяющая Рис. 8. Зависимость эффективной качественно оценить зависимости диффузионной длины ef от давления времени установления разделения гелия при рХе = 10-3 Тор, i = 0,15 А.

компонентов бинарной смеси от условий эксперимента. Согласно этой формуле характер изменения времени установления радиального разделения от параметров разряда хорошо согласуется с экспериментальными данными. Время установления радиального катафореза должно увеличиваться с ростом концентрации атомов ксенона, т.е. парциального давления ксенона, и уменьшаться с ростом концентрации ионов ксенона, т.е. разрядного тока, что и наблюдается в эксперименте. Что касается зависимости t st ( pHe ), то при малых рНе увеличение парциального давления гелия, затрудняющее диффузию, должно бы вести к росту t st, но из-за резкого уменьшения эффективной диффузионной длины (см. рис. 8) время разделения уменьшается. При дальнейшем увеличении давления гелия (рНе 0,2 Тор) квадрат эффективной диффузионной длины меняется незначительно, поэтому рост парциального давления гелия приводит к увеличению времени установления поперечного разделения смеси. Было проведено также математическое моделирование динамики разделения гелий-ксеноновой смеси. Нестационарное уравнение диффузии решалось методом итерации. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

На основе проведенных исследований в нашей лаборатории был предложен высокопроизводительный, экологически чистый, безотходный плазменный метод очистки технического гелия от примесей. Были созданы однокаскадный и двухкаскадный макетные образцы промышленной установки, позволяющие производить глубокую очистку гелия в неравновесной плазменной среде.

Вначале для проверки эффективности работы установки было осуществлено разделение st компонентов модельной бинарной n(t) / n Не-Хе смеси. Было показано, что с - увеличением разрядного тока время продольного разделения компонентов Не-Хе смеси уменьшается и, например, при токе - 0,2 А равно 5 с. Затем были 0 50 100 t, с концентрации проведены эксперименты по очистке Рис. 9. Временной ход легкоионизуемой примеси в прикатодной технического гелия марки Б. В области разделительной камеры. Технический качестве примера на рис. гелий марки Б, рНе = 3 Тор, i = 0,16 А.

приведена временная зависимость концентрации легкоионизуемой примеси в прикатодной области однокаскадной разделительной камеры. Видно, что концентрация примеси у катода увеличивается на два порядка величины, т.е. эффективность работы разделительной установки достаточна большая. Следует отметить, что эффективность разделения на втором каскаде еще выше, так как чем меньше концентрация атомов примеси, тем больше разделение компонентов смеси.

В третьей главе диссертации исследована кинетика неравновесной плазмы импульсного разряда. В настоящее время импульсный режим работы широко используется в целом ряде устройств. В частности, получить на практике высокие температуры электронов гораздо проще на импульсных установках, чем на стационарных. Применение импульсного разряда позволяет исследовать характерные времена релаксации важнейших параметров плазмы, таких как функция распределения электронов по энергиям, концентрация электронов и метастабильных атомов в зависимости от условий разряда. Кроме того, импульсный режим позволяет выявить, какие именно процессы определяют стационарный уровень исследуемых параметров. В силу всего этого и возникает необходимость изучения кинетики неравновесной плазмы импульсного разряда. Полученные в этой главе данные о функции распределения электронов по энергиям, концентрации метастабильных атомов буферного и примесных газов, концентраций заряженных частиц использовались для оценок границ применимости оптических методов исследования пространственного перераспределения компонентов смесей инертных газов, а также для проведения численного моделирования исследуемого явления.

Результаты измерений зондовым методом функции распределения электронов по энергиям в плазме импульсного разряда в гелии показали, что в начальной стадии разряда максимум функции распределения сдвинут в область больших энергий электронов, функция распределения обогащена быстрыми электронами по сравнению со стационарным видом. Для получения информации о кинетике электронов на начальной стадии импульсного разряда в гелии использовались также методы задерживающих потенциалов и селекции электронов по скоростям с помощью поперечного магнитного поля. В импульсном режиме при многократном перенапряжении возможен переход электронов в режим убегания в кратковременной переходной начальной стадии разряда. Для осуществления режима непрерывного ускорения электронов необходимо, чтобы величина приведенной напряженности электрического поля Е/р превышала некоторое критическое значение (критерий Драйсера). Для гелия (E / p )Др 50 В/(смТор). В наших условиях E / p меняется от 15 В/(смТор) при давлении 0,6 Top до 250 В/(смТор) при р = 0,02 Тор.

Функция распределения электронов в стадии пробоя в условиях, когда возможен переход к режиму непрерывного ускорения электронов, представлена на рис. 10. Видно, что функция распределения имеет сугубо неравновесный вид. Она обогащена быстрыми электронами по сравнению с равновесной =U/U f(), отн.ед.

функцией, причем в области 2, 20 эВ 60 эВ энергий 1, 2, наблюдается пучок электронов, что 0, подтверждается измерениями, 1, проведенными при различной 0 20 60 ориентации зонда. При этом, эВ выяснилось, что выделенное Рис. 10. Функция распределения электронов в стадии пробоя при рНе = 0,45 Тор в направление существует лишь в зависимости от перенапряжения = U/U0 на начале разрядного импульса, тогда разрядном промежутке.

как в более поздней фазе такое направление отсутствует. С увеличением давления газа, а, следовательно, и частоты столкновений, количество быстрых электронов уменьшается, и немонотонный вид функции распределения электронов в области больших энергий исчезает. Так, например, при давлении гелия 1 Top пучок быстрых электронов практически не наблюдается.

Кинетика низкотемпературной плазмы определяется совокупностью большого числа элементарных процессов, в частности, на развитие разряда и формирование функции распределения электронов по энергиям оказывают заметное влияние процессы с участием метастабильных атомов. Согласно полученным экспериментальным данным, время выхода концентрации метастабильных атомов на стационарный уровень и стационарное значение st заселенности nm метастабильных состояний зависят как от разрядного тока, так и от давления гелия. При этом концентрация метастабильных атомов nm (23 S ) монотонно нарастает до стационарного уровня, тогда как концентрация метастабильных атомов nm (21 S ) проходит через максимум.

Различный временной ход концентраций атомов гелия в состояниях 23 S и 21 S связан с различной зависимостью констант заселения и разрушения этих состояний электронным ударом от функции распределения электронов по энергиям, которая сильно меняется в начальной стадии формирования разряда. Это подтверждается также данными математического моделирования временного поведения концентраций метастабильных атомов при импульсном включении разряда с учетом изменения в течение импульса функции распределения электронов по энергии.

Была также изучена кинетика заселения метастабильного состояния Xe( P2) в импульсном разряде Не-Хе смеси при различных парциальных давлениях примесного и основного газа, а также разрядного тока.

Определены основные процессы, приводящие к исчезновению метастабильных P2 атомов ксенона из разрядного промежутка, и процессы, ответственные за установления T,K стационарного уровня их заселенности.

g Усложнение состава смеси и, в частности, переход к разрядам в молекулярных газах (водород, кислород, азот, и их смеси) приводит к качественному изменению физических процессов, протекающих в плазме. На рис. 11 и рис. 12 представлены -1 0 1 10 10 10 t, мкс временные зависимости температуры и степени диссоциации в плазме Рис. 11. Временной ход температуры импульсного разряда в молекулярном газа в условиях импульсного разряда в водороде при р = 0,6 Тор, i = 0,5 А. водороде. Видно, что при тех же самых условиях (разрядный ток и давление), что и в разряде в инертных газах, в импульсном разряде в водороде наблюдается быстрый эффективный нагрев газа со скоростью 100 К/мкс до температуры порядка 1000 К, тогда как в инертном газе при этих условиях нагрев газа не превышает 20-50 К.

Происходит также диссоциация молекулярного водорода. Из рис. 12 видно, что степень диссоциации водорода к концу импульса длительностью 200 мкс достигает 20 %. В условиях нашего эксперимента такой быстрый нагрев газа может быть обеспечен за счет предложенного В.П.Силаковым механизма, связанного с возбуждением электронным ударом нестабильного состояния водорода b 3 u, которое распадается на два атома водорода за времена, сравнимые с характерным периодом молекулярных колебаний (~10-14 c). При этом часть энергии возбуждения данного состояния переходит в нагрев газа.

Рассчитанная скорость нагрева газа за счет процесса диссоциации водорода, хорошо согласуется с полученными нами экспериментальными данными ~100 К/мкс. Такие же особенности импульсного разряда наблюдались нами и 20 d, % в случае разряда в азоте, смеси кислорода с азотом при разных процентных составах смеси (доля кислорода изменялась от 0 до 20 %) и в воздухе. Однако, существуют другие типы разрядов, например, самостоятельный безэлектродный СВЧ разряд, который существует при больших значениях приведенного поля, где 0 50 100 t, мкс нагрева скорость газа достигает Рис. 12. Временной ход степени диссоциации в условиях импульсного 300 К/мкс и наблюдается очень высокая разряда в водороде при р = 0,6 Тор, степень его диссоциации (50-60%).

i = 0,5 А. Такие особенности импульсных разрядов очень перспективны для быстрого воспламенения и поддержания горения углеводородных химически активных смесей. В настоящее время эта проблема является очень актуальной с точки зрения новой области физики, а именно, плазменной аэродинамики, где одним из главных направлений является задача максимального сокращения времени задержки воспламенения сверхзвуковых потоков углеводородного топлива, что возможно осуществить с помощью газоразрядной плазмы. К тому же применение газовых разрядов в плазменной аэродинамике позволяет также влиять на характеристики потока газа вблизи летательного аппарата. Для этих целей требуется поиск оптимального режима создания газоразрядной плазмы. Как указывалось выше, особенности СВЧ разряда являются очень перспективными для решения задач плазменной аэродинамики.

рассматриваются основные свойства В четвертой главе поверхностного СВЧ разряда. В настоящее время в различных лабораториях изучаются электродные разряды постоянного тока, импульсно периодические и высокочастотные разряды, а также скользящие по поверхности диэлектрика разряды и свободно локализованные СВЧ разряды в высокоскоростном потоке воздуха. Что касается электродных разрядов, то такие разряды приводят к сильной эрозии электродов и поверхности модели и надежно не воспроизводятся в различных экспериментах. Перед нами возникла задача поиска оптимальных способов создания неравновесной плазмы в сверхзвуковом потоке газа. В нашей лаборатории для этой цели была предложена новая разновидность СВЧ разряда, создаваемого на диэлектрической антенне поверхностной волной. Этот разряд может быть очень эффективным средством для воспламенения углеводородного топлива и воздействия на погранслойное течение.

Известно, что при создании СВЧ разряда внутри заполненной газом трубки с диэлектрическими стенками, подводимая к системе электромагнитная энергия трансформируется в поверхностную волну. При этом возникает самосогласованная система, когда для существования поверхностной волны необходима плазменная среда, создаваемая самой поверхностной волной. При этом волна распространяется в пространстве до тех пор, пока ее энергия достаточна для создания плазмы с концентрацией электронов не меньше, чем критическая концентрация nec=m(2+en2)/(4e2), где e и m – заряд и масса электрона, круговая частота поля, en частота столкновений электронов с нейтральными молекулами газа. За границу области пространства, где концентрация электронов уменьшается до значения nec, поверхностная волна не проникает и поверхностный разряд в этих местах не существует. Этот способ достаточно подробно исследован и широко используется, например, в плазмохимии. В этом случае мы имеем систему плазма-диэлектрик-свободное пространство, т.е. внутри разрядной трубки, заполненной газом при пониженном давлении, существует создаваемая поверхностной волной плазма, ограниченная стенками диэлектрической трубки, разделяющими плазму и окружающее разрядную трубку свободное пространство. В данной работе предлагается вывернуть рассмотренную выше систему наизнанку. В этом случае внутри располагается диэлектрик, на поверхности которого создается плазма, существование которой поддерживается поверхностной СВЧ волной.

Экспериментальная установка состоит из вакуумной камеры, магнетронного генератора, системы для ввода СВЧ энергии в камеру и диагностической системы. Для создания поверхностного СВЧ разряда использовался импульсный магнетронный генератор сантиметрового диапазона длин волн с параметрами: длина волны = 2,4 см;

длительность = 5 200 мкс;

СВЧ импульса импульсная СВЧ мощность Wим = 10 100 кВт;

скважность в режиме повторяющихся импульсов 1000;

средняя СВЧ мощность меньше 100 Вт. Экспериментальные исследования проводились в широком диапазоне давлений воздуха от 1 мТор до 1 атм. При этом можно выделить три характерных диапазона давлений, в каждом из которых внешний вид разряда и его основные свойства имеют свои особенности. Первый диапазон давлений это низкие давления воздуха (р 10 Тор), когда частота столкновений en электронов с молекулами много меньше круговой частоты электромагнитного поля (en ). Второй случай это средние давления воздуха (р = 10 50 Тор), когда en. И наконец область высоких давлений воздуха (р 50 Тор) В этом случае частота столкновений en электронов с молекулами много больше круговой частоты электромагнитного поля.

В диссертации рассмотрены вначале основные свойства поверхностного СВЧ разряда при средних давлениях. На рис. 13 вверху представлена фотография антенны без разряда (толщина антенны равна 9 мм), а внизу общий вид поверхностного СВЧ разряда при давлениях воздуха 40 Тор и импульсной СВЧ мощности 50 кВт.

Рис. 13. Общий вид поверхностного СВЧ Видно, что разряд представляет собой разряда при средних давлениях воздуха.

плазменное образование толщиной не более 1 мм, равномерно покрывающее в данных условиях всю поверхность антенны. Математическое моделирование также показывает, что поверхностная волна проникает в плазму на глубину не более 1 мм, что хорошо согласуется с экспериментальными данными. Этот факт очень важен с точки зрения уменьшения поверхностного трения при использовании поверхностного СВЧ разряда для ввода энергии в пограничный слой, существующий вблизи тела, обтекаемого сверхзвуковым потоком газа.

Вокруг поверхностного разряда можно видеть также слабо светящееся гало, за существование которого может быть ответственно собственное ультрафиолетовое излучение разряда. Экспериментально показано, что мощность используемого магнетронного генератора достаточна для создания поверхностного СВЧ разряда на тефлоновой антенне в широком диапазоне давлений от 1 мТор до 760 Тор.

Продольные размеры разряда зависят от подводимой СВЧ мощности, длительности импульса и давления воздуха. Поверхностный СВЧ разряд первоначально возникает на диэлектрической антенне в области подвода СВЧ энергии к антенне. При этом скорость распространения разряда в этих местах максимальна. По мере продвижения разряда по антенне его скорость заметно уменьшается. Следует отметить, что поверхностный СВЧ разряд представляет собой однородное плазменное образование в случае, если мощность и длительность воздействия выбираются такими, чтобы только к концу СВЧ импульса разряд достигал передней кромки антенны. Как показывают расчеты, при неполном покрытии поверхности антенны плазмой коэффициент отражения энергии от переднего фронта распространяющегося поверхностного разряда не превышает 0,15. Если же разряд занимает всю поверхность антенны, то коэффициент отражения от переднего конца антенны достигает 0,85. В этом случае на поверхности антенны формируется режим стоячей волны с характерной пространственной модуляцией свечения плазмы.

На рис. 14 в двойном логарифмическом масштабе представлена временная зависимость продольной скорости распространения поверхностного разряда при р = 10 Тор и различных значениях подводимой СВЧ мощности. Видно, что с увеличением подводимой мощности скорость распространения разряда растет. На начальных стадиях существования поверхностного разряда эта скорость велика и достигает значения = 107 см/с, см/с при подводимой импульсной СВЧ мощности 175 кВт, тогда как на поздних стадиях скорость распространения разряда уменьшается до = 104 см/с при 10 W = 25 кВт. Из графика также следует, что все прямые имеют одинаковый наклон.

Аналогичные результаты были получены 0 1 10 и при давлениях 40, 60 и 100 Тор.

t, мкс Экспериментальные данные Рис. 14. Временная зависимость продольной скорости распространения показывают, что скорость поверхностного СВЧ разряда при распространения разряда вдоль p = 10 Тор и Wим, кВт: 1 25;

2 35;

поверхности диэлектрической антенны 3 55;

4 75;

5 100;

6 175.

больше скорости звука в воздухе, но много меньше скорости распространения электромагнитной волны в вакууме. Такую скорость движения разряда можно объяснить, если сопоставить ее со скоростью ионизации молекул газа, т.е. с созданием критической концентрации электронов на переднем фронте распространяющегося разряда. Чтобы определить изменяется ли механизм распространения разряда в течение его v, см/с формирования и развития, были проведены исследования зависимости скорости движения переднего фронта поверхностного СВЧ разряда от его двойном длины. Для этого в логарифмическом масштабе была скорости построена зависимость разряда распространения вдоль 1 10 z, см диэлектрической антенны от продольной Рис. 15. Зависимость скорости координаты (см. рис. 15). Видно, что на распространения разряда от всех кривых наблюдается характерный продольной координаты при p = 10 Тор и Wим, кВт: 1 25;

2 35;

излом, который указывает на то, что на 3 55;

4 75;

5 100;

6 175. начальной и конечной стадиях существования разряда за его распространение отвечают различные механизмы. В начальные моменты времени на участках антенны, прилегающих к подводящему микроволновую энергию волноводу, скорость распространения поверхностного СВЧ разряда в зоне его формирования превышает величину 106 см/с. Такие большие скорости распространения разряда может обеспечить только механизм, связанный с волной пробоя.

Движение поверхностного разряда из-за механизма медленного горения возможно только на поздних (t 100 мкс) стадиях существования разряда при таких условиях, когда его скорость распространения становится меньше скорости звука. Нами было показано, что наиболее вероятным механизмом, обеспечивающим распространение разряда на стадии его существования при низких и средних давлениях газа, может быть амбиполярная диффузия, тогда как фотоионизация и/или электронная теплопроводность могут быть ответственны за распространение разряда при высоких давлениях.

На рис. 16 в полулогарифмическом масштабе представлены для давления воздуха 10 Тор зависимости от продольной координаты z E, В/см амплитуды напряженности поля на электрического фронте распространяющегося поверхностного разряда, вычисленные с использованием экспериментально измеренных зависимостей скорости распространения разряда вдоль 0 4 8 12 антенны. Параметром кривых является z, см СВЧ подводимая мощность.

Рис. 16. Зависимость напряженности фронте Аппроксимируя полученные электрического поля на к координате z = 0, распространения поверхностной волны зависимости от продольной координаты z для получаем, что в условиях эксперимента р = 10 Тор и Wим, кВт: 1 25;

2 35;

амплитуда напряженности 3 55;

4 75;

5 100;

6 175.

электрического поля на фронте поверхностного СВЧ разряда у среза волновода изменяется от 2 кВ/см при импульсной мощности 25 кВт до ~5 кВ/см при Wим = 175 кВт. Следует отметить, что полученные результаты не только не противоречат, но и удовлетворительно совпадают с величиной поля в волноводе.

Так как напряженность электрического поля в условиях поверхностного СВЧ разряда велика и Tg, K поле локализовано в тонком приповерхностном слое, то у поверхности антенны наблюдается газа. При эффективный нагрев исследовании продольного распределения температуры газа было 0,1 1 10 100 получено, что максимальный нагрев t, мкс наблюдается в месте возбуждения Рис. 17. Временной ход температуры поверхностного СВЧ разряда и газа в плазме поверхностного СВЧ разряда в сечение с координатой температура газа уменьшается к концу z = 2,5 см (точки – эксперимент при антенны. Результаты измерений р = 10 Тор, Wим = 80 кВт, пунктирная временного хода температуры газа в -15 кривая – расчет для E/n = 1,5·10 В·см ).

разряда координатой сечение с z = 2,5 см приведены на рис. 17. Видно, что на начальной стадии существования поверхностного СВЧ разряда наблюдается быстрый нагрев газа со скоростью нагрева 50 К/мкс. На этом же рисунке пунктирной кривой изображены результаты математического моделирования нагрева газа. В расчетах использовалась нестационарная кинетическая модель, включающая в себя уравнение Больцмана для функции распределения электронов по энергиям, систему нестационарных газокинетических уравнений баланса для заселенностей колебательных уровней основного и электронно возбужденных состояний азота и кислорода, для концентраций активных и заряженных частиц, образующихся в плазме, нестационарное уравнение теплопроводности для температуры газа. Модель учитывает передачу энергии в поступательные степени свободы при упругих ударах электронов с молекулами, вращательно-поступательную и колебательно-поступательную релаксации, колебательно-колебательный обмен и тушение электронно возбужденных состояний молекул. Численные расчеты показывают, что за быстрый нагрев газа ответственен механизм, связанный с эффективным возбуждением при больших значениях приведенного электрического поля E/n 10-15 Всм2 электронно-возбужденных состояний молекул азота с последующим их тушением. При этом часть энергии возбуждения этих состояний передается в тепло, что и обеспечивает наблюдаемый в эксперименте быстрый нагрев газа.

Далее в четвертой главе диссертации рассматривается поверхностный СВЧ разряд при низких давлениях воздуха, когда частота электрон молекулярных столкновений много меньше круговой частоты электромагнитного поля. В этих условиях внешний вид разряда отличается от поверхностного разряда при средних давлениях. Разряд представляет собой однородное плазменное образование, его размер в поперечном к поверхности антенны направлении быстро увеличивается с уменьшением давления воздуха и достигает величины порядка 10 см при давлении 10-3 Тор.

Были измерены также временные зависимости продольной и поперечной скоростей распространения поверхностного разряда (см. рис. 18).

Видно, что продольная скорость распространения разряда сильно (в условиях эксперимента на два порядка v, см/с величины) изменяется в течение длительности СВЧ импульса, тогда как поперечная скорость распространения разряда остается поверхностного 0 50 100 150 практически постоянной, уменьшаясь к t, с Рис. 18. Временные зависимости концу импульса только в три раза. При поперечной (1) и продольной (2) этом на начальных стадиях развития скорости развития поверхностного СВЧ поверхностного СВЧ разряда разряда при р = 0,5 Тор, Wим = 35 кВт.

продольная скорость более чем на порядок величины превышает поперечную скорость, а на поздних стадиях существования разряда продольная и поперечные скорости с хорошей степенью точности равны друг другу. Эти факты указывают, что на поздних стадиях за продольное и поперечное развитие разряда отвечает один и тот же механизм. Очевидно, что при низких давлениях таким механизмом может быть только амбиполярная диффузия. В начальные же моменты времени развития разряда на участках антенны, прилегающих к подводящему микроволновую энергию волноводу, продольная скорость распространения разряда определяется механизмом, связанным с волной пробоя.

Зависимости скорости нагрева dTg/dt, K/мкс газа в начале и в конце импульса от подводимой к антенне СВЧ мощности представлены на рис. 19 (Wo – минимальная импульсная мощность, необходимая для возникновения разряда при р = 10 Тор). Измерения проводились на расстоянии z = 2,5 см от места подвода микроволновой энергии к антенне. Видно, что на стадии 0 1 2 3 4 W/Wo формирования разряда в области фронта Рис. 19. Зависимость скорости нагрева распространения разряда скорость газа в плазме поверхностного СВЧ разряда при р=10 Тор от подводимой нагрева газа растет с увеличением мощности. (1) – начальная стадия подводимой к антенне мощности развития разряда, (2) – квазистационарная (кривая 1) и достигает величины стадия существования разряда.

~70 К/мкс при Wим = 200 кВт. На поздних стадиях существования разряда (кривая 2) скорость нагрева газа не зависит от подводимой мощности и равна 10 К/мкс. Математическое моделирование процесса нагрева газа показывает, что в условиях поверхностного СВЧ разряда в воздухе происходит эффективное возбуждение долгоживущих электронно-возбужденных состояний молекулы азота. Последующее тушение этих состояний с передачей части энергии 10 - ne, см возбуждения в поступательные степени свободы газа обеспечивает полученную в эксперименте скорость нагрева газа.

Измеренные в конце импульса длительностью 100 мкс при различных давлениях воздуха поперечные 9 8 7 65 4 3 распределения концентрации электронов приведены на рис. 20. У поверхности 0 2 4 y, см антенны (y = 0,5 мм) концентрация Рис. 20. Поперечное распределение электронов определялась по уширению концентрации электронов в плазме спектральной лини H водорода, тогда поверхностного СВЧ разряда при = 100 мкс, Wим = 55 кВт и различных как пространственное распределение давлениях воздуха р, Тор: 1–0,1;

2–0,2;

заряженных частиц (y = 1-60 мм) 3–0,3;

4–0,5;

5–1;

6–2;

7–5;

8–10;

9–20.

измерялось с помощью двойного зонда.

Видно, что в узком приповерхностном слое (y = 0,5 мм), где локализовано электрическое поле поверхностной волны, концентрация электронов достигает величины 1014 см-3. Поперечные размеры плазменного ореола увеличиваются при уменьшении давления. Очевидно, что в формировании поперечного к поверхности профиля плазмы большую роль играют амбиполярная диффузия заряженных частиц и электронная теплопроводность. Предварительные оценки показывают, что процессы фотовозбуждения, фотодиссоциации и фотоионизации молекул, входящих в состав воздуха, а также неконтролируемых в условиях эксперимента молекул примесей могут вносить определенный вклад в формирование полученного поперечного распределения концентрации электронов.

Функция распределения электронов по энергиям, измеренная зондовым методом в плазме поверхностного СВЧ разряда при низких давлениях воздуха, обогащена быстрыми электронами, поэтому в плазме происходит эффективная диссоциация молекул кислорода и азота и сильное возбуждение атомарных и молекулярных частиц. При этом поперечные размеры области локализации возбужденных атомарных частиц практически совпадают с областью локализации концентрации электронов. Были измерены также пространственно-временные распределения концентрации положительных ионов в плазме поверхностного СВЧ разряда при давлении воздуха р = 0,01 Тор и подводимой импульсной СВЧ мощности Wим = 55 кВт. В этих условиях степень ионизации, отнесенная к начальным условиям (концентрация молекул n0 = 3,5·1014 см-3), достигает 10 %.

Экспериментально было показано, что для создания поверхностного СВЧ разряда на тефлоновой антенне в диапазоне давлений воздуха 0,1 50 Тор требуется импульсная мощность 10-20 кВт, тогда как при атмосферном давлении для инициации разряда требуется импульсная СВЧ мощность порядка 250 кВт. С целью снижения уровня мощности, необходимой для создания поверхностного СВЧ разряда при высоких давлениях, была разработана новая система инициации. Известно, что если разряд инициировать каким-либо способом, то он будет существовать длительное время при мощностях много меньших, чем требуемые для первоначального пробоя газа. Существует множество способов инициации СВЧ разряда, например, лазерная искра;

искровой разряд;

облучение области, где планируется создать разряд, вакуумным ультрафиолетовым излучением;

использование различных металлических проволочек, диполей, и т.д. Однако, как показано в работах (И.А.Коссого и др.), для инициации СВЧ разряда наиболее эффективен контакт металл-диэлектрик. Поэтому был изменен узел подвода СВЧ энергии к антенне, при этом тефлоновая антенна была заменена на кварцевую. Уже первые эксперименты дали обнадеживающие результаты, так как используемая нами система подвода энергии (металлический волновод диэлектрическая кварцевая антенна прямоугольного сечения 9х18 мм и длиной 100 мм) позволила создавать поверхностный СВЧ разряд при атмосферном давлении на поверхности антенны при импульсной СВЧ мощности 10-20 кВт.

Было исследовано, как трансформируется общий вид поверхностного СВЧ разряда при изменении давления воздуха. При низких давлениях воздуха (р 1 Тор) поперечные размеры разряда велики и превышают поперечные размеры антенны. При средних давлениях разряд представляет собой тонкий плазменный слой, равномерно покрывающий внешнюю поверхность антенны. При давлениях воздуха больше 100 Тор разряд состоит из системы тонких плазменных каналов, что связано с развитием ионизационно-перегревной неустойчивости. Поперечные размеры каналов с повышением давления уменьшаются, и при атмосферном давлении достигают величины 0,10,2 мм в зависимости от длительности воздействия и подводимой СВЧ мощности. На рис. 21. представлен общий вид поверхностного СВЧ разряда при атмосферном давлении воздуха.

Динамика развития поверхностного СВЧ разряда исследовалась в зависимости от давления, приведенного значения напряженности электрического поля и времени воздействия. Показано, что для фиксированного момента Рис. 21.

времени линейные размеры поверхностного СВЧ разряда при всех давлениях растут с увеличением подводимой СВЧ мощности, скорость распространения разряда вдоль антенны составляет несколько километров в секунду и монотонно уменьшается с увеличением давления воздуха. Этот результат вполне понятен, так как при фиксированной мощности, то есть фиксированном значении напряженности электрического поля, такая важнейшая для разряда величина, как приведенное электрическое поле E/n, уменьшается с увеличением давления воздуха, что и ведет к падению скорости распространения разряда. В начале воздействия длина разряда изменяется быстрее, чем в квазистационарной стадии его существования. В начале воздействия разряд распространяется с высокой скоростью 5-10 км/с, поэтому его можно создавать в сверхзвуковых потоках газа. К концу импульса скорость уменьшается до скорости звука.

Так как в условиях поверхностного СВЧ разряда электрическое поле локализовано в тонком слое (h~1 мм) вблизи поверхности антенны, то газ в приповерхностных областях быстро нагревается. Измерения показали, что температура газа в поверхностном СВЧ разряде при атмосферном давлении быстро достигает 1000 К. Это должно приводить к тепловому взрыву вблизи поверхности антенны. Поэтому формирование разряда должно сопровождаться генерацией ударных волн, а на поздних стадиях в области существования разряда должна образовываться зона пониженной плотности нагретого нейтрального газа. Для подтверждения этого факта было проведено теневое фотографирование разряда. На рис. Рис. 22.

приведена мгновенная (время экспозиции 4 мкс) теневая фотография (вид сбоку) области существования поверхностного СВЧ разряда при давлении воздуха 1 атм, импульсной СВЧ мощности 55 кВт, длительности импульса 100 мкс. Время задержки момента съемки относительно переднего фронта СВЧ импульса равно 120 мкс. СВЧ энергия подводится к вертикально расположенной кварцевой антенне снизу. На фотографии видны отходящая от разряда ударная волна и формирующаяся в зоне существования разряда область с пониженной плотностью газа. Вблизи поверхности антенны скорость ударной волны может достигать ~1 км/с и, по мере отхода от антенны, уже на расстоянии y = 2 см ее скорость быстро уменьшается до 420 м/с.

Для регистрации эволюции ударных волн использовались также лазерные 6 I, I, отн.ед.

1 рефракционные датчики, работающие на I принципе отклонения лазерного луча на скачках плотности нейтрального газа. На рис. 23 представлены полученные результаты в случае генерации двух ударных волн, фиксируемых на расстоянии I2 y = 50 мм от антенны, на которой создается СВЧ разряд при р = 750 Тор, Wим = 55 кВт.

0 5 10 15, мкс Видно, что с ростом длительности СВЧ Рис. 23. Зависимости от длительности импульса вторая ударная волна исчезает.

СВЧ импульса интенсивностей Вторая ударная волна также начинает рефракционного сигнала от первой (I треугольники) и второй (I2 точки) исчезать с ростом подводимой СВЧ ударных волн.

мощности. Эти факты можно связать с уменьшением колебательно-поступательной неравновесности при увеличении длительности воздействия и подводимой мощности, так как оба эти факта приводят к росту температуры газа.

Результаты теневого фотографирования показывают также, что в области существования поверхностного СВЧ разряда из-за нагрева воздуха формируется область с пониженной плотностью газа, наблюдается ее турбулизация и к моменту времени t ~ 50 мс после окончания СВЧ импульса восстанавливается однородное невозмущенное состояние газа. При этом, так как газ за фронтом отходящей от антенны ударной волны начинает двигаться в горизонтальном направлении вслед за ударной волной со скоростью (в зависимости от скорости ударной волны) больше 100 м/с, то и каверна, увлекаемая движущимся газом, движется в горизонтальном, а не в вертикальном, направлении.

Проведенные эксперименты показали, что поверхностный СВЧ разряд существует при высоких значениях приведенного электрического поля, локализован в тонком приповерхностном слое, что приводит к существенному нагреву газа. Это делает перспективным его использование для влияния на свойства пограничного слоя, существующего вблизи поверхности движущегося объекта. Например, для уменьшения турбулентного трения можно с помощью поверхностного СВЧ разряда локально вводить энергию в газ непосредственно внутрь пограничного слоя, а не путем нагрева поверхности пластины, как это было промоделировано в цикле работ сотрудников ЦАГИ (А.В.Казакова, М.Н.Когана и др.). Поэтому совместно с сотрудниками Института механики МГУ им. М.В.Ломоносова (академиком В.А.Левиным, В.Г.Громовым и др.) было проведено численное моделирование возможного снижения локального коэффициента турбулентного трения в условиях поверхностного СВЧ разряда, создаваемого на пластине, обтекаемой сверхзвуковым потоком воздуха. Было рассчитано влияние вклада энергии в виде прямоугольного теплового источника в газ в области турбулентного пограничного слоя вблизи тонкой пластины, обтекаемой сверхзвуковым потоком воздуха с числом Маха М = 2 при температуре невозмущенного потока T = 166,7 K. Считалось, что тепловая энергия вкладывалась в слой толщиной y = 0,5 мм. При этом область нагрева была полностью локализована внутри пограничного слоя. Использовалась система осредненных уравнений турбулентного движения совершенного газа в отсутствии внешних сил. Считалось, что пластина имеет теплоизолированную поверхность.

Результаты математического моделирования показали, что ввод тепловой энергии в область пограничного турбулентного слоя приводит к значительному уменьшению локального коэффициента турбулентного трения за счет увеличения толщины вытеснения и уменьшения поперечного градиента продольной скорости потока. Моделирование выявило, что уменьшение коэффициента турбулентного трения распространяется на значительное расстояние вниз по потоку от нагретой области. При этом вниз по потоку от источника тепла коэффициент локального трения и толщина вытеснения пограничного слоя медленно восстанавливаются до величин, соответствующих случаю без подвода тепловой энергии. Было показано также, что при рассмотренных условиях лучше вкладывать энергию в локальную область по сравнению с однородным распределением той же энергии по всей поверхности пластины. При этом из-за эффекта долговременной памяти турбулентного пограничного слоя значительное уменьшение трения по всей обтекаемой поверхности достигается при локальном нагреве.

Для изучения влияния импульсного вклада энергии в пограничный слой использовалась нестационарная численная модель, основанная на уравнениях Навье-Стокса для термически равновесного, химически невзаимодействующего воздуха. Влияние импульсного разряда на газовый поток моделировалось нестационарным вблизи стенки источником тепла с пространственным и временным распределением интенсивности. Тепловая энергия вкладывалась в прямоугольную зону длиной 10 см с координатами 10 см z 20 см, y = 0,5 мм, в течение 100 мкс, при вкладываемой мощности Pd = 1000 Вт на один сантиметр ширины пластины. Показано, что в течение времени теплоподвода возмущения пристеночной газовой температуры и поверхностного трения локализованы в области подвода энергии. После окончания подвода тепла эти возмущения сдвигаются вниз по потоку со средней скоростью приблизительно 350 м/с, и постепенно затухают.

Получено также, что подвод энергии в турбулентный слой ведет к значительному уменьшению локального коэффициента турбулентного трения. Более того, эффект существует в течение длительного времени после выключения источника тепла. В течение нескольких сотен микросекунд параметры потока медленно возвращаются в первоначальное состояние. Это указывает на перспективность использования поверхностного импульсно периодического СВЧ разряда для улучшения аэродинамических характеристик летательных аппаратов.

посвящена экспериментальному Пятая глава диссертации исследованию процесса воспламенения и горения жидких углеводородов в условиях поверхностного СВЧ разряда. На примере чистого спирта, а также бензина и керосина, показана перспективность СВЧ разряда для быстрого воспламенения жидких углеводородов. На рис. представлена интегральная фотография процесса воспламенения и горения чистого спирта в условиях поверхностного СВЧ разряда при давлении воздуха 1 атм, длительности импульса 100 мкс, импульсной Рис. 24 мощности 55 кВт. Жидкий спирт нанесен тонким слоем только на левую поверхность вертикально расположенной кварцевой антенны и некоторое количество спирта, стекающего вниз по антенне, находится в расположенном на металлическом фланце углублении в зоне подвода СВЧ энергии к диэлектрической антенне. Так как время экспозиции кадра специально было выбрано 2 с, то на одной фотографии одновременно можно видеть горение спирта в условиях поверхностного СВЧ разряда, т.е.

при наличии сильного приведенного электрического поля (яркое белое свечение слева у поверхности антенны, которое фиксируется в течение 100 мкс времени подвода СВЧ энергии), и слабое синеватое свечение справа от антенны (это обычное нормальное стационарное горение спирта, находящегося на фланце и воспламененного СВЧ разрядом, процесс продолжается стационарно, пока не выгорит весь спирт). На этом же кадре можно видеть некоторое компактное светящееся образование, оно, как будет видно из дальнейшего, начинает образовываться в зоне СВЧ разряда при воспламенении спирта, газ нагрет в нем до 2000 К и ионизован. Это образование можно отождествить с процессом догорания мелких капелек спирта, инжектируемых из зоны горения у поверхности антенны, а также паров спирта и газообразных продуктов его деструкции в СВЧ разряде.

С помощью теневого фотографирования была исследована динамика газодинамических возмущений, возникающих в окрестности кварцевой антенны, на поверхности которой с помощью СВЧ разряда воспламеняется спирт. В этом случае, также как и при создании поверхностного СВЧ разряда в воздухе, наблюдается генерация ударных волн. Вблизи поверхности антенны происходит нагрев, возбуждение, диссоциация и ионизация газа, воспламенение спирта и распространение ионизованного нагретого плазменного образования. При этом конвективные потоки намного интенсивнее по сравнению с разрядом в воздухе и фиксируются в течение приблизительно 1 секунды.

На рис. 25 представлена мгновенная (время экспозиции кадра 4 мкс) теневая фотография области пространства вблизи антенны, зафиксированная спустя 60 мс после окончания СВЧ импульса.

Видно, что данная область представляет собой некоторую турбулентную неоднородную зону с резкими градиентами плотности газа на внешних границах. Если СВЧ разряд создается внутри налитого в углубление на фланце спирта и внешнее воспламенение спирта не происходит, то выделяемая внутри спирта энергия переходит в направленное движение либо капелек жидкости, либо наблюдаются струйки жидкости, Рис. летящие со скоростью порядка 10 м/с.

Были исследованы также ряд параметров рассматриваемого явления. В частности, на рис. 26 представлены данные о положении (кривая 1) и скорости (кривая 2) передней границы области интенсивного 1,2 горения спирта, воспламеняемого v, м/с y, см поверхностным СВЧ разрядом при 0,8 р = 1атм, Wим = 55кВт, = 100мкс.

Следует отметить, что регистрируемая скорость учитывает 0,4 движение газа, вызванное ударными волнами, инициируемыми 0,0 поверхностным СВЧ разрядом, а 0 20 40 60 80 t, мкс также связанное с расширением Рис. продуктов горения спирта вблизи антенны. Видно, что период индукции для воспламенения спирта в этих условиях равен приблизительно 20 мкс.

Следует подчеркнуть, что за 10-20 мкс воздух в условиях поверхностного СВЧ разряда при атмосферном давлении нагревается только до 1000 К. Поэтому в этих условиях наблюдается нетепловой механизм воспламенения, так же как и при воспламенении сверхзвукового пропан воздушного потока, рассматриваемого в шестой главе. Была измерена также скорость распространения фронта передней границы области с пониженной плотностью газа, возникающей при воспламенении спирта. Эта скорость также определяется перечисленными выше газодинамическими возмущениями, возникающими в условиях поверхностного СВЧ разряда.

Показано, что скорость распространения каверны равна 100 м/с вблизи (y = 10 мм) антенны и падает до десятков сантиметров в секунду на поздних стадиях (время 0,1 с и расстояние от антенны 100 мм). Использование коллимированных фотоэлектронных умножителей, регистрирующих сигналы свечения на различных расстояниях от антенны при горении спирта в условиях поверхностного СВЧ разряда, еще раз подтверждают наличие светящегося образования и позволяют определить скорость его распространения, которая с очень хорошей степенью точности совпадает с измеренной другими методами (рефракционный датчик и теневая фотография).

Был также снят спектр плазмы поверхностного СВЧ разряда в воздухе (рис. 27, кривая 1) и спектр излучения пламени при горении спирта (кривая 2) в I, отн.ед.

условиях импульсно-периодического поверхностного СВЧ разряда при = 100 мкс, р = 1 атм, y = 10 мм, Wим = 55 кВт, следования частоте импульсов f = 10 Гц. Видно, что при 400 450 500, нм горении спирта спектр излучения Рис. 27.

намного интенсивней по сравнению со спектром разряда в воздухе без спирта. Наблюдаются интенсивные полосы Свана молекулярного углерода и полосы циана. Измеренный временной ход температуры пламени при горении спирта в сильном электрическом поле, на зарегистрированный расстоянии y = 10 мм от поверхности антенны, T, К приведен на рис. 28. Видно что температура пламени изменяется от 3300 К до приблизительно 2000 К. При этом температура газа в условиях поверхностного разряда в воздухе равна 1000 К.

0 10 20 30 40 t, с Сравнение тепловых потоков, Рис. 28. Временной ход температуры попадающих на расположенную на пламени при горении спирта в воздухе в условиях импульсно различных расстояниях y = 1-40 мм от периодического поверхностного СВЧ поверхности антенны термопару, от разряда.

плазмы импульсно-периодического поверхностного СВЧ разряда в воздухе и от пламени при горении спирта в воздухе, показало, что на всех расстояниях от антенны потоки тепла от пламени при воспламенении спирта в 4-10 раз больше потоков от плазмы поверхностного СВЧ разряда в воздухе.

Для определения степени ионизации исследуемого нами газового образования применялись две методики, а именно, измерение проводимости с использованием плоского конденсатора и метод двойного зонда. Оба этих метода показывают, что в фиксированную область пространства спустя определенное время, зависящее от расстояния от антенны и скорости распространения плазменного образования, приходит резкий фронт горения, которому соответствует достаточно высокая степень ионизации.

Определенная данными методами концентрация электронов на фронте горения представлена на рис. 29. Видно, что у поверхности антенны в зоне интенсивного горения концентрация электронов достигает 3·1011 см-3, тогда как на расстоянии 5 см от антенны концентрация электронов равна 109 см-3.

Был исследован также процесс воспламенения бензина и керосина с помощью поверхностного СВЧ разряда.

Теплотворные способности бензина и керосина почти в два раза больше, чем у - ne, см спирта. Общий вид горения бензина, воспламененного в условиях однократного поверхностного СВЧ разряда при р = 760 Тор, Wим = 55 кВт и 0 10 20 30 40 = 100 мкс, представлен на рис. 30. На y, мм фотографии наблюдается интенсивное Рис. 29.

горение бензина вблизи поверхности антенны (слева от антенны). Период индукции с увеличением подводимой СВЧ мощности уменьшается с 22 мкс при Wим = 55 кВт до 8 мкс при Wим = 75 кВт. Вблизи антенны при создании поверхностного СВЧ разряда происходит эффективное испарение и деструкция бензина, наработка активных частиц и радикалов.

Происходит также эффективный выброс паров и мелких капелек бензина. Этот процесс хорошо виден на фотографии. Мелкие капельки и пары Рис. 30.

бензина движутся от антенны со скоростью порядка 10 м/с. На расстоянии y = 1 3 см от антенны происходит автовоспламенение продуктов деструкции бензина и движущихся капелек бензина. Это явление на интегральных (без временного разрешения) фотографиях наблюдается в виде ярко светящихся траекторий. При этом на некотором расстоянии от антенны наблюдается огненный шар область яркого свечения. Показано, что процесс автовоспламенения паров бензина, содержащих большое количество возбужденных и активных частиц и радикалов, наработанных в области существования поверхностного СВЧ разряда и инжектированных в окружающее пространство, начинается через приблизительно 3 5 мс после окончания СВЧ импульса. Интенсивность свечения достигает максимального значения через 10 мс и продолжается еще в течение 30 40 мс.

Точно также как и при горении спирта, в спектре пламени при горении бензина наблюдаются интенсивные молекулярные полосы Свана и полосы циана, а также сплошной спектр. Определенная по зарегистрированному спектру температура пламени, измеренная в условиях интенсивного горения бензина с образованием огненного шара, равна T = 3100 К.

Аналогичные эксперименты были выполнены при воспламенении керосина в условиях поверхностного СВЧ разряда. Период индукции для керосина, определенный тем же способом, что и при воспламенении спирта и бензина, равен 15 мкс при подводимой импульсной СВЧ мощности 55 кВт.

Проведенные спектральные измерения показали, что в зоне интенсивного горения керосина в условиях сильного электрического поля наблюдаются молекулярные полосы циана и Свана, а также сплошной спектр. При этом интенсивность сплошного спектра по отношению к молекулярным полосам в случае горения керосина в несколько раз больше, чем при горении бензина в этих же условиях. При удалении от антенны интенсивность молекулярных полос резко падает и на расстоянии 20-30 мм от поверхности антенны наблюдается практически сплошной спектр.

В шестой главе диссертации влияние неравновесной плазмы на период индукции газообразного и жидкого углеводородного топлива изучается на примере воспламенения с помощью поверхностного СВЧ разряда сверхзвукового пропан-воздушного потока с числом Маха М=2 и воспламенения спирта и керосина в условиях до- и сверхзвукового воздушного потока.



Pages:   || 2 |
 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.