Фотография разряда и пламени в различные моменты времени при различной длительности радиоимпульса
Область знаний: Химические науки
Область знаний: Космос, плазма, термоядерный синтез, элементарные частицы, высокие энергии
Формат работы: Очно
Формат работы: Дистанционно
Статус ментора: Научный сотрудник
Организация: ОИВТ РАН
Минимальный курс: 2
О менторском проекте
Докторская диссертация
О менторском проекте
Исследование влияния плазмы, созданной высокочастотным коронным разрядом, на особенности протекания физико-химических процессов в различных установках
Проект направлен на развитие методов воспламенения и формирования волн горения в бедных топливно-воздушных смесях в современных энергогенерирующих установках с использованием низкотемпературной плазмы высокочастотных коронных разрядов.
В настоящее время перспективным направлением является следование стратегии низкотемпературного горения, в рамках которой главным фактором является использование бедных смесей, которые помимо экономии топлива резко снижают вредные выбросы сажи и оксидов азота. Низкая воспламеняемость и скорость сгорания бедной смеси не позволяют использовать традиционные системы зажигания, что требует создания новых или усовершенствованных воспламенителей.
Электрический разряд является эффективным и хорошо известным способом инициирования горения топливо-воздушной смеси в различных энергетических установках. Наработка химически активных частиц и дополнительный нагрев при использовании плазмы газовых разрядов позволяют расширить концентрационные пределы воспламенения.
Многоочаговое воспламенение также позволяет решить несколько проблем при использовании бедных горючих смесей: уменьшить время задержки воспламенения, увеличить скорость распространения пламени (за счет взаимодействия газодинамических возмущений, инициируемых системой «горячих точек» (очагов воспламенения), с фронтом волны горения) и т. д.
Высокочастотный коронный разряд представляет собой разветвленную систему горячих каналов (Т=1500−3000 К), окруженных стримерной областью сильно неравновесной плазмы с относительно высокой температурой электронов (2−5 эВ). Свойства В Ч коронного разряда позволяют считать его перспективным для использования в системах воспламенения бедных смесей.
В связи с возросшими требованиями к составу выхлопных газов автомобилей, к расходу топлива, мощности и эффективности работы двигателя, широко исследуются другие возможности организации горения в двигателях внутреннего сгорания, как с искровым зажиганием, так и в компрессионных двигателях, в том числе, дизельном. Ни тот ни другой двигатель не удовлетворяет современным требованиям. Однако компрессионный двигатель с точки зрения организации горения выглядит намного более перспективным, если использовать бедные смеси (мало топлива), которые помимо экономии топлива резко снижают вредные выбросы сажи и оксидов азота. Трудности воспламенения и формирования волн горения в бедных смесях преодолеваются с помощью разряда для инициации воспламенения. В настоящее время созданы воспламенители на основе высокочастотного коронного разряда. Решение проблемы организации стабильного горения в гибридном компрессионном двигателе с использованием новых воспламенителей вместо свечи зажигания является очень важной и актуальной задачей. Учитывая особенности химической кинетики топливной смеси можно управлять воспламенением высокочастотным коронным разрядом. При этом энергетические затраты будут значительно меньше, чем при использовании обычной свечи зажигания. Численное моделирование процессов в камере сгорания гибридного двигателя представляет собой сложную задачу. Помимо обычных процессов горения необходимо моделировать воздействие разряда на топливно-воздушную смесь.
В рамках проекта студентам будет предложено численно и экспериментально исследовать конверсию и горение бедных топливных смесей на основе пропана и метана.
Активация смеси осуществляется плазмой высокочастотного коронного разряда. Для этого будет предложено освоить программу для определения эволюции состава смеси и программу горения, созданные в нашей лаборатории, а также принять участие в экспериментальных работах на высокотемпературном газоразрядном стенде.
Новый тип воспламенителя EcoFlesh (Германия) на основе высокочастотного коронного разряда.
Численный расчет распространения волны горения в компрессионном двигателе вдоль радиуса цилиндра двигателя. Представлено распределение температуры вдоль радиуса во времени. Видно столкновение волны горения, движущейся вправо в сторону стенки цилиндра, и волны самовоспламенения, сформированной у стенки и движущейся влево, в момент времени 4.125 мс в точке 3.4 см. Инициация воспламенения на оси цилиндра осуществлялась с помощью высокочастотного коронного разряда.
Докторская диссертация
«Кинетика процессов горения, конверсии оксидов азота и углеводородов, стимулированных наносекундными разрядами» — диссертация доктора физико-математрических наук Е. А. Филимоновой, М.: ОИВТ РАН, 2021. 337 с.
