Критические условия зажигания электрической искрой: 8.6. Элементы тепловой теории зажигания электрической искрой

Содержание

8.6. Элементы тепловой теории зажигания электрической искрой

150

Тепловой поток будет значителен только в слое δ, а в остальной части горючей смеси — невелик.

На практике очень часто приходится иметь дело с подвижными горючими смесями. В этом случае у границы поверхности источника зажигания возникает неподвижный слой. Для расчета критических условий зажигания толщины неподвижного и тепловыделяющего пограничных слоев принимаются равными друг другу, а вместо выражения (8.1) используется формула Ньютона для конвективной теплопередачи:

q = α (Tст −Т0 ),

(8.13)

где α — коэффициент теплоотдачи от стенки в подвижную газовую среду. Критическим условиям зажигания соответствует равенство процессов

теплоотвода и тепловыделения в слое δ, которое описывается уравнением теплового баланса. Из него можно вывести выражение, которое позволяет оценить определяющий размер нагретого тела, способного вызвать воспламенение движущегося потока горючей смеси с заданными физикохимическими свойствами.

Электрическая искра — один из наиболее распространенных способов зажигания в технике, и именно она является частой причиной возникновения пожаров и взрывов. И если другие виды источников зажигания образуются, как правило, в результате аварий, их в известной степени можно предвидеть, то явление зажигания электрической искрой меньше всего поддается контролю, возникает неожиданно и в качестве причины пожара не всегда доказуемо. Само явление электрического разряда недостаточно изучено.

Электрический разряд — это сложное физико-химическое явление, в результате которого в диэлектрике в зоне проскока (пробоя) искры образует-

151

ся канал разряда, в котором происходит возбуждение и ионизация молекул газа с выделением большого количества теплоты. Образуется и плазма. Схема искрового разряда представлена на рис.8.8.

пламя (≈3000 К)

канал

Рис.8.8. Схема искрового электрического разряда

В зоне электрического разряда происходит мгновенное развитие химических реакций горения, при этом период индукции практически отсутствует. Выделенная в разрядном канале теплота приводит к сгоранию горючей смеси, но количества ее может не хватить для образования и распространения устойчивого фронта пламени. Поэтому для каждого вида горючего в зависимости от соотношения его с окислителем существует наименьшее, критическое значение мощности электрической искры. Минимальная мощность разряда есть функция состава горючей смеси, давления, температуры и т.д

Екр = f(Сгор/Сок, Р, Т)

(8.14)

Теория теплового механизма зажигания электрической искрой разработана академиком Я.Б.Зельдовичем. Рассмотрим некоторые элементы этой теории. Представим горючую смесь, в центре которой расположен точечный источник зажигания в виде электрической искры (рис.8.9).

152

Qгор

Тг Т

τ4 τ5

ИЗ r

Рис.8.9. Схема тепловых потоков при искровом зажигании

За время τ1 >0 источником зажигания выделяется ∆Q Дж теплоты. К ней будет добавляться теплота химической реакции Qгop. Часть выделяющейся теплоты будет передаваться теплопроводностью в холодную горючую смесь.

Если мощность искры мала, то нагреваемого ею объема недостаточно для поддержания в начальный момент реакции горения. Поэтому смесь охлаждается, и воспламенения не происходит (рис.8.10), сплошные линии τ1 > τ2 > τ3). При увеличении мощности искры нагреваемая ею часть объема смеси будет больше. В этом случае выделяемой теплоты реакции уже достаточно для компенсации теплоотвода в холодную смесь. Возникает устойчивый фронт горения, пламя распространяется по всему объему смеси (пунктирные линии τ4> τ5).

153
T
τ1
T1
τ2	τ4	τ5
τ3		T0
		T0
0		r

Рис. 8.10. Температурное поле вокруг ИЗ (r – расстояние в разное время τ)

Представленные на рис.8.10 зависимости изменения температуры описываются следующим уравнением:

		Q		−	r2
T = T	+	Q	e	−	4aτ ,	(8.15)
T = T	+		e		4aτ ,	(8.15)
0		cp ρ (4π a τ)3/ 2
		cp ρ (4π a τ)3/ 2

где Т0 — начальная температура горючей смеси. К;

ср — средняя теплоемкость смеси, кДж/кг К;

а- температуропроводность, м2/с;

ρ- плотность свежей смеси, кг/м3;

r — радиус смеси, приведенный к ее начальной плотности, м. Максимальная температура в точке r = 0 нагретой зоны изменяется во

времени по гиперболическому закону (рис.8.11):

Tmax = T0 +	Q	.	(8.16)
	cp ρ (4π a τ)3/ 2

154

ТГ

ТГ-θ	2

Δτохл

τ1охл

τ2охл

Рис.8.11. Изменение температуры в искровом пространстве от времени

Если искра нагревает некоторый объем горючей смеси до температуры горения ТГ (точка 1), и если время охлаждения объема смеси до температуры ТГ — θ (точка 2) больше или равно времени начала реакций τхр в зоне нагрева, то воспламенение возможно:

∆τохл ≥ τхр,

(τхр ≈ 10-4 с)

(8. 17)

Согласно теории Я.Б.Зельдовича минимальная температура горючей смеси, при которой может возникнуть горение, должна быть не менее разности температуры горения (ТГ) и характеристического температурного интервала (θ)

ΤГmin = ΤГ −θ

(8.18)

Здесь θ = RT2/E — характеристический интервал температуры, который означает, что при снижении температуры в зоне горения от ТГ до ТГ — θ скорость реакции снижается в е раз, причем при температуре ТГ — θ горение становится невозможным.

155

Любой источник зажигания должен обладать такими энергетическими параметрами, чтобы осуществить прогрев горючей смеси до значения ΤГmin . При этом время прогрева горючей среды всегда связано со временем охлаждения источника зажигания, то есть горючая среда нагревается, а источник зажигания охлаждается. Снижению скорости охлаждения источника зажигания и, как следствие, увеличению времени достижения критической температуры препятствует теплота, выделяемая химической реакцией. Возникновение горения происходит не сразу, а через определенный интервал времени температурного воздействия (τХР ). Значение τХР находится в пределах от 10-3 до 10-4 с и зависит от свойств горючего вещества и внешних условий. Если τХР ≥τОХЛ (τОХЛ — время охлаждения источника зажигания), то теплота, выделяемая при химической реакции, не успевает оказывать свое влияние на снижение температуры источника зажигания, и в этом случае воспламенение не произойдет. ЕслиτХР ≤τОХЛ , то воспламенение произойдет.

Критические условия создаются, когда выполняется равенство

τХР = τОХЛ			( 8.19)
Время охлаждения источника зажигания			τОХЛ определяется энергией

нагретого тела и зависит от температуры, массы источника зажигания, теплофизических параметров среды и источника зажигания, условий теплообмена, природы источника зажигания и т. д. Например, зажигание не произойдет, если температура нагретого тела будет очень высокой, но при этом охлаждаться оно будет очень быстро, то есть время охлаждения будет мало.

Произведя математические преобразования и подставив далее в него теплофизические параметры газовой смеси, можно получить численные зна-

чения критического радиуса эквивалентной сферы разогретых газов, ко-

торая способна зажечь горючую смесь данного вида и состава:
rэкв ≥ 3,7 δф,	(8.20)

156

где δф — толщина фронта пламени.

Для большинства горючих газовых смесей δф ≈ 0,1 мм, т.е.

rэкв = 0,4 — 0,5 мм. В табл.8.1 приведены расчетные критические радиусы эквивалентной сферы для некоторых стехиометрических смесей горючих газов и паров с воздухом.

Таблица 8.1

Расчетные критические радиусы смесей стехиометрического состава газов и паров

Вещество	rкр, мм
Метан	1,03

Этан	0,90

Пропан	0,92

Бутан	0,95

Вещество	rкр, мм
Бензол	0,85

Метанол	0,76

Водород	0,26

Ацетилен	0,28

Для создания очага минимального критического размера к горючей смеси необходимо локально подвести некоторое минимальное количество энергии. Приблизительно ее величина определяется следующим выражением:

Qmin =	λ3г T02 (Tг −T0 )	,	(8.21)
	u3н p02 cp2

где UH — нормальная скорость распространения пламени, м/с; р0 — начальное давление смеси, Па.

Таким образом, для зажигания электрической искрой также существуют критические условия, определяемые минимальной энергией зажигания, необходимой для создания элемента пламени, способного к распространению.

В настоящее время стандартную зажигающую способность искры оценивают по минимальной энергии конденсатора, разряд которого образует

157

искру достаточную для зажигания горючей смеси. Однако надо учесть, что

зажигающая способность искры определяется не энергией, а мощностью – количеством энергии, выделяющейся в единицу времени. Для конденсатора кажущееся сходство между энергией зажигания и мощностью объясняется тем фактом, что время существования электрической искры пропорционально энергии разряда конденсатора. При этом температура в центре искрового разряда всегда выше температуры зажигания, поэтому зажигающая способность электрической искры всегда очень высокая, и ею леко управлять. Этот факт чрезвычайно важен при экспериментальной оценке пожарной опасности подготовленных горючих смесей.

8.7. Минимальная энергия зажигания, зависимость ее от некоторых параметров, практическое применение

Минимальная энергия зажигания Еmin — это наименьшее значение электрического разряда, способного воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь горючего газа, пара или пыли с воздухом.

Минимальная энергия зажигания — один из показателей пожарной опасности веществ, применяется при разработке мероприятий по пожаровзрывобезопасности и электростатической искробезопасности технологических процессов с обращающимися горючими газами, жидкостями и пылями. Эти мероприятия касаются выбора взрывобезопасного электрооборудования, материалов, условий их безопасной эксплуатации и т.д.

Минимальная энергия зажигания зависит от множества различных параметров. Она определяется экспериментально.

Зависимость энергии зажигания от концентрации горючего имеет параболический характер. Так, например, у алканов каждая кривая имеет минимум, причем Еmin в гомологическом ряду с увеличением молекулярной массы вещества снижается.

Еmin зависит от химической природы вещества. Например, для сме-

Элементы тепловой теории зажигания электрической искрой — Студопедия

Поделись

Электрическая искра — один из наиболее распространенных способов зажигания в технике, она является частой причиной возникновения пожаров и взрывов. И если другие виды источников зажигания образуются, как правило, в результате аварий, их в известной степени можно предвидеть, то явление зажигания электрической искрой меньше всего поддается контролю, возникает неожиданно и в качестве причины пожара не всегда доказуемо. Само явление электрического разряда недостаточно изучено.

Электрический разряд —это сложное физико-химическое явление, в результате которого в диэлектрике в зоне проскока (пробоя) искры образуется канал разряда, в котором происходит возбуждение и ионизация молекул газа с выделением большого количества теплоты. Образуется и плазма. Схема искрового разряда представлена на рис.7.

Рис.7. Схема искрового электрического разряда

Е_кр = f(С_гор/С_ок, Р, Т). (15)

Рис.8. Схема тепловых потоков при искровом зажигании

За время t₁ >0 источником ИЗ выделяется DQ Дж теплоты. К ней будет добавляться теплота химической реакции Q_г_op. Часть выделяющейся теплоты будет передаваться теплопроводностью в холодную горючую смесь.

Если мощность искры мала, то нагреваемого ею объема недостаточно для поддержания в начальный момент реакции горения. Поэтому смесь охлаждается и воспламенения не происходит (рис.9, сплошные линии t₁ > t₂ > t₃). При увеличении мощности искры нагреваемая ею часть объема смеси будет больше. В этом случае выделяемой теплоты реакции уже достаточно для компенсации теплоотвода в холодную смесь. Возникает устойчивый фронт горения, пламя распространяется по всему объему смеси (пунктирные линии t₄> t₅).

Рис.9. Температурное поле вокруг

ИЗ (r – расстояние в разное время t)

Представленные на рис. 9 зависимости изменения температуры описываются следующим уравнением:

(16)

где Т₀ — начальная температура горючей смеси. К;

с_р — средняя теплоемкость смеси, кДж/кг×К;

а — температуропроводность, м²/с;

r — плотность свежей смеси, кг/м³;

r — радиус смеси, приведенный к ее начальной плотности, м.

Максимальная температура в точке r = 0 нагретой зоны изменяется во времени по гиперболическому закону (рис.10):

(17)

Рис.10. Изменение Т_мах во времени

Если искра нагревает некоторый объем горючей смеси до температуры горения Т_г (точка 1), и если время охлаждения объема смеси до температуры Т_г — q (точка 2) больше или равно времени реакций t_хр в зоне нагрева, то воспламенение возможно:

Dt_охл ³ t_хр, (t_хр » 10^-4 с) (18)

Здесь q = RT²/E — характеристический интервал температуры, который означает, что при снижении температуры в зоне горения от Т_г до Т_г — q скорость реакции снижается в е раз, причем при температуре Т_г— q горение становится невозможным.

.Произведя математические преобразования (16) и подставив далее в него теплофизические параметры газовой смеси, можно получить численные значениякритического радиуса эквивалентной сферыразогретых газов, которая способна зажечь горючую смесь данного вида и состава:

r_экв ³ 3,7 d_ф, (19)

где d_ф — толщина фронта пламени.

Для большинства горючих газовых смесей d_ф » 0,1 мм, т.е. r_экв = 0,4 — 0,5 мм.

(20)

где u_h — нормальная скорость распространения пламени, м/с;

р₀ — начальное давление смеси, Па.

Высокоточная модель воспламенения с выделением энергии в сочетании с моделями распространения пламени в условиях потока, подобных двигателю | Дж. Инж. Мощность газовых турбин

Пропустить пункт назначения

Научная статья

Сэмюэл Дж. Казмуз,

Риккардо Скарчелли,

Джухан Ким,

Чжэн Ченг,

Шуайшуай Лю,

Мэйчжун Дай,

Эрик Помранинг,

Питер К. Сенекал,

Ли Сон-Ён

Информация об авторе и статье

электронная почта: skazmouz@anl. gov

Правительство Соединенных Штатов сохраняет за собой, и, принимая статью к публикации, издатель признает, что Правительство Соединенных Штатов сохраняет за собой неисключительную, оплаченную, безотзывную всемирную лицензию на публикацию или воспроизведение опубликованной формы этого произведения или разрешение другим сделать это для целей правительства Соединенных Штатов.

Дж. Инж. Мощность газовых турбин . Май 2023 г., 145(5): 051022 (7 страниц)

№ статьи: ГТП-22-1551 https://doi.org/10.1115/1.4056098

Опубликовано в Интернете: 10 января 2023 г.

История статьи

Получено:

20 сентября 2022 г.

Исправлено:

4 октября 2022 г.

Опубликовано:

10 января 2023 г.

Делиться
- Facebook
- Твиттер
- LinkedIn
- MailTo
Иконка Цитировать Цитировать
Разрешения
Поиск по сайту

Citation

Казмоуз С. Дж., Скарчелли Р., Ким Дж., Ченг З., Лю С., Дай М., Помранинг Э., Сенекал П. К. и Ли С. (январь 10, 2023). «Высокоточная модель зажигания с выделением энергии в сочетании с моделями распространения пламени в условиях потока, подобных двигателю». КАК Я. Дж.Инж. Мощность газовых турбин . май 2023 г.; 145(5): 051022. https://doi.org/10.1115/1.4056098

Скачать файл цитаты:

Рис (Зотеро)
Менеджер ссылок
EasyBib
Подставки для книг
Менделей
Бумаги
Конечная примечание
РефВоркс
Бибтекс
Процит
Медларс

панель инструментов поиска

Расширенный поиск

Abstract

Поскольку производители автомобилей вынуждены повышать эффективность и сокращать выбросы углекислого газа в своих автопарках, более сложная эксплуатация двигателей стала жизнеспособным вариантом. Сильно разбавленный, форсированный и послойный заряд, среди прочего, обещают повышение эффективности двигателя и сокращение выбросов. В таких сложных условиях двигателя процесс искрового зажигания является ключевым фактором для распространения инициирования пламени и воспламенения. С вычислительной точки зрения существует несколько моделей искрового зажигания, которые хорошо работают в обычных условиях, но не являются по-настоящему предсказуемыми в напряженных режимах работы двигателя, когда необходимо расширить лежащую в основе физику. В этой статье гибридная лагранжево-эйлерова модель искрового зажигания (LESI) сочетается с различными моделями турбулентности, размерами сетки и моделями горения. Модель зажигания, разработанная ранее, основана на соединении эйлерова энерговыделения с лагранжевой эволюцией частиц искрового канала на каждом временном шаге. Искровой канал прикреплен к электродам и может удлиняться со скоростью, зависящей от скорости потока. Модель LESI используется для имитации искрового зажигания в нестационарной среде с поперечным потоком в условиях, подобных двигателю, с использованием конвергентного коммерческого решателя вычислительной гидродинамики (CFD). Результаты подчеркивают согласованность, надежность и универсальность модели в ряде установок, подобных двигателям, от типичных с осреднением по Рейнольдсу Навье-Стокса (RANS) и большим размером сетки до высокой точности с моделированием больших вихрей (LES). и более мелкий размер сетки. Затем рост ядра пламени оценивается по сравнению с шлирен-изображениями из оптической камеры зажигания постоянного объема с акцентом на характеристики моделей распространения пламени, таких как G-уравнение и модель сгущенного пламени, по сравнению с базовой моделью реактора с хорошим перемешиванием. Наконец, обсуждаются детали будущей разработки.

Раздел выпуска:

Исследовательские статьи

Темы:

Горение, пламя, Зажигание, Двигатели, турбулентность, Поток (Динамика), Температура, Усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса

Литература

(EIA), U.S.E.I.A.

2021

Годовой энергетический прогноз

, Управление энергетической информации США, Вашингтон, округ Колумбия.

Икея

К.

Такадзава

М.

Ямада

Т.

Парк

С.

, и

Тагиши

Р.

2015

, “

Повышение теплового КПД бензинового двигателя

”,

SAE Int. Дж. Двигатели

(

), стр.

1579

—

1586

.10.4271/2015-01-1263

Ayala

Ф.А.

, и

Хейвуд

Дж. Б.

2007

, “

Lean Si двигатели: роль изменчивости сжигания в определении Lean Limits

, ”

SAE

Документ № 2007-24-0030. 10.4271/2007-24-0030

О.

, и

Трюффин

К.

2011

, “

Модель искрового зажигания для моделирования больших вихрей на основе уравнения переноса FSD (ISSIM-LES)

”,

Proc. Сгорел. Инст.

(

), стр.

3097

—

3104

.10.1016/j.proci.2010.07.023

, 9000. 07.023

С.

Чжу

Г.

Рональд Гровер

Дж.

Цзэн

Ш.

Ратленд

С.

, и

Куо

Т.-В.

2021

, “

Полуэмпирическая модель перехода пламени от ламинарного к турбулентному в сочетании с g-уравнением для раннего развития ядра пламени и сгорания в двигателях с искровым зажиганием

»,

Междунар. J. Рез. двигателя

(

), pp.

479

–

490

.10.1177/1468087419864748

Thiele

М.

Селле

С.

Ридель

У.

Варнац

Дж.

, и

Маас

У.

2000

, “

Численное моделирование искрового зажигания, включая ионизацию

”,

Proc. Сгорел. Инст.

(

), стр.

1177

—

1185

.10.1016/S0082-0784 (00) 80328-8 9.1016/S0082-0784 (00) 80328-8 9 9000.0003

Ян

Х.

Соломон

А.

, и

Куо

Т.-В.

2012

, “

Моделирование воспламенения и сгорания в двигателе Sidi с распылением, использующем горение по Аррениусу с моделью искрового осаждения энергии0003

Гивлер

С. Д.

Раджу

М.

Помранинг

Д.

Сенекал

ПК

Салман

№

, и

Риз

р.

2013

, “

Моделирование сгорания бензина в двигателях с непосредственным впрыском топлива и впрыском топлива с использованием редуцированного химического механизма

SAE

Paper No.

З.

, и

Рейц

Р. Д.

2006

, “

Модель воспламенения и сгорания, основанная на методе уровней для многомерного моделирования двигателей с искровым зажиганием

”,

Горение. Пламя

145

(

1–2

), стр.

—

.10.1016/j.combustflame.2005.12.007

10.

Duclos

10.

Ж.-М.

, и

Колин

О.

2001

, “

(2-25) Модель зажигания с отслеживанием дуги и ядра для трехмерных расчетов двигателей с искровым зажиганием ((si-7)s. I—Моделирование сгорания в двигателе 7)

”,

Proc. Междунар. Сим. Диагн. Модель. Сгорел. Междунар. Сгорел. Двигатели

01.204

, с.

.10.1299/jmsesdm.01.204.46

11.

Дамс

Р. Н.

Дрейк

М.К.

Фанслер

Т. Д.

Куо

Т.-В.

, и

Питерс

№

2011

, “

Понимание процессов зажигания в бензиновых двигателях с распылителем с использованием высокоскоростной визуализации и расширенной модели искрового зажигания Sparkcimm. Часть а: Процессы искрового канала и турбулентное распространение фронта пламени

»,

Горение. Пламя

158

(

), pp.

2229

–

2244

.10.1016/j.combustflame.2011.03.012

12.

Dahms

Р.

Фанслер

Т.

Дрейк

М.

Куо

Т.-В.

Липперт

А.

, и

Питерс

№

2009

, “

Моделирование явлений воспламенения в двигателях с искровым зажиганием, управляемых распылением

”,

Proc. Сгорел. Инст.

(

), с.

Л.

Ли

Г.

Хань

З.

, и

Рейц

Р. Д.

1999

, “

Моделирование подготовки топлива и послойного сгорания в бензиновом двигателе с непосредственным впрыском

С.

Киношита

М.

Мандокоро

Ю.

Масуда

Р.

, и

Фуюто

Т.

2018

, “

Количественный оптический анализ и моделирование коротких замыканий и прорывов искровых каналов в условиях высокоскоростного потока 15.

Масуда

Р.

Саяма

С.

Фуюто

Т.

Нагаока

М.

Сугиура

А.

, и

Ногучи

Ю.

2018

, “

Применение моделей коротких замыканий и прорывов искровых каналов в условиях высокоскоростного потока для моделирования искрового зажигания

»,

SAE

Бумага № 2018-01-1727.10.4271/2018-01-1727

16.

Х.

, и

Чжао

стр.

2018

, “

Модель комплексной системы зажигания для двигателей с искровым зажиганием

ASME

Документ № ICEF2018-9574. 10.1115/ICEF2018-9574

17.

Чжан

А.

Скарчелли

Р.

Ли

С.-Ю.

Вальнер

Т.

, и

Набер

Дж.

2016

, “

Численное исследование случаев искрового зажигания в бедных и разбавленных смесях метан/воздух с использованием подробной модели энерговыделения

»,

SAE

Документ № 2016-01-0609.10.4271/2016-01-0609

18.

Ричардс

К. Дж.

Сенекал

ПК

, и

Помранинг

Д.

2021

Конвергенция 3.0

Конвергентная наука

Мэдисон, Висконсин

19.

Скарчелли

Р.

Чжан

А.

Вальнер

Т.

сом

С.

Хуан

Дж.

Виджеякуласурия

С.

Мао

Ю.

Чжу

Х.

, и

Ли

С.-Ю.

2019

, “

Разработка гибридной лагранжево-эйлеровой модели для описания процессов искрового зажигания в условиях турбулентного потока, подобного двигателю

»,

ASME J. Eng. Мощность газовых турбин

141

(

), с. 0

. 10.1115/1.4043397

20.

Чжу

Х.

Сфорца

Л.

Ранадив

Т.

Чжан

А.

Ли

С.-Ю.

Набер

Дж.

Луккини

Т.

Онорати

А.

Анбарасу

М.

, и

Цзэн

г.

2016

, “

Экспериментальное и численное исследование процессов образования ядра пламени пропан-воздушной смеси в камере сгорания под давлением

”,

SAE Int. Дж. Двигатели

(

), стр.

1494

—

1511

.10.4271/2016-01-0696

21.

Ф.

Менево

С.

, и

Вейнанте

Д.

2002

, “

Модель сморщивания пламени по степенному закону для турбулентного горения предварительно смешанной смеси Часть i: Нединамическая рецептура и начальные испытания

”,

Горение Пламя

131

(

1–2

), стр.

159

–

180

.10.1016/S0010-2180(02)00400-5

В настоящее время у вас нет доступа к этому контенту.

25,00 $

Покупка

Товар добавлен в корзину.

Проверить Продолжить просмотр Закрыть модальный

Роль радикалов, поступающих прямо и косвенно при зажигании

Abstract

Процесс воспламенения является критическим фактором для устройств сгорания. Для воспламенения в обычных системах сжигания требуется внешняя передача энергии камере сгорания. Существует множество способов передачи энергии потоку, но стандартным методом является искровой разряд, поскольку он прост, компактен и надежен. Искры можно разделить на индуктивные или емкостные, в которых используется катушка или электрическая резонансная цепь с конденсатором, соответственно, для усиления напряжения. Создание успешного воспламенения зависит от энергии искры, выделяемой в поток, начального состава, давления, температуры, уровня турбулентности потока и т. д. Энергия, выделяемая искрой в поток, имеет решающее значение для оценки начальной энергии, доступной для воспламенения. смеси. Поэтому электрические характеристики искр были исследованы при различных режимах течения. Затем были проведены измерения вложенной в поток энергии с использованием очень точной экспериментальной методики, разработанной в этом исследовании. Результаты показали значительные потери электроэнергии на электродах для относительно длинных индуктивных искр. Однако короткая емкостная искра отдает электрическую энергию в поток с минимальными потерями (более 90% эффективности осаждения). Кроме того, на характеристики индукционной искры влияет скорость потока и наличие пламени. Однако изменения условий потока не влияют на характеристики емкостной искры, такие как кривая зависимости напряжения от тока во времени и эффективность энерговыделения. Были разработаны две системы зажигания с использованием вышеупомянутых двух типов искр. Во-первых, энергия емкостной искры направлялась непосредственно в предварительно смешанный поток. Большинство исследователей сосредоточились не на процессе раннего инициирования, а на росте пламени. Таким образом, сгенерированное ядро, образованное энерговыделением, наблюдали и характеризовали оптическими методами сразу после искры. Кроме того, с помощью численного метода моделировался эффект смешивания этого ядра воспламенения с окружающим газом. Судя по временному следу хемилюминесценции ОН*, реакция начинается с разряда и продолжается до тех пор, пока не начнется горение. Это означает, что при наличии искры высокой плотности в потоке предварительно перемешанной смеси не существует традиционной задержки, определенной другими исследователями для самовоспламенения. Был разработан простой радикальный струйный генератор (RJG), способный зажигать и стабилизировать пламя в высокоскоростном потоке. Индуктивная искра инициирует горение в камере RJG. Затем RJG впрыскивает частично сгоревшие продукты, несущие большое количество тепла и радикалов, в быстро движущийся основной горючий поток. Затем он поджигает и стабилизирует пламя. RJG требует низкого уровня электроэнергии, пока скорость потока относительно низкая, поскольку большая часть радикалов образуется в результате неполного сгорания в его камере. Важность радикалов была проанализирована с помощью экспериментов RJG и численных методов. Реакционная зона для RJG с использованием богатой смеси располагалась как внутри, так и снаружи камеры RJG. Таким образом, РДГ на богатой смеси лучше справились с воспламенением и стабилизацией горения в основном потоке. Согласно анализу с использованием программного обеспечения для моделирования CHEMKIM в сочетании с химическим механизмом Сан-Диего, струя RJG, возникающая в результате обогащенной смеси, содержит больше радикалов и промежуточных соединений, чем струя, создаваемая обедненной смесью при той же физической энтальпии. Кроме того, сгоревший газ содержит меньше радикалов и промежуточных продуктов, чем частично сгоревший газ. Если RJG работает с высокоскоростным основным потоком, скорость потока через камеру RJG должна быть увеличена, чтобы позволить радикальной струе хорошо проникнуть в быстрый поток из-за их более высокой скорости впрыска. К сожалению, это приводит к нестационарному горению в РВД, что приводит к пульсации радикальной струи. Это уменьшает количество радикалов, инжектируемых в основной поток. Чтобы исследовать это рабочее состояние, особое внимание было сосредоточено на четырех возможных факторах: несгоревших реагентных карманах, вызванных движением искрового канала, частоте искры, скорости распространения пламени и задержке воспламенения.