Експериментальне визначення струму в пропанокисневих сумішах

Теоретичний аналіз стійкості системи "полум'я та розряд" стосовно малих збурювань, ефективність електричного посилення, плоскі хвилі збурювання. Вивчення впливу електричного розряду на зону горіння вуглеводних палив, розрахунок показника переломлення.
Краткое сожержание материала:

3

Курсова робота на тему:

Експериментальне визначення струму в пропанокисневих сумішах

План

Постановка завдання

1. Теоретичний аналіз стійкості системи “полум'я+розряд” стосовно малих збурювань

1.1 Ефективність електричного посилення

1.2 Плоскі хвилі збурювання

2. Аналіз і обговорення експериментальних даних

2.1 Вивчення впливу електричного розряду на зону горіння вуглеводних палив

2.2 Розрахунок поля показника переломлення по інтреферограмам системи “полум'я+розряд”

3. Експериментальна установка й методика дослідження

Висновки

Література

Постановка завдання

В даній курсовій роботі поставлені наступні завдання:

досліджувати вплив сили струму розряду на нормальну швидкість горіння;

дослідження залежності граничного значення струму розряду переходу дифузійного розряду в шнуровий від сполуки горючої суміші;

теоретично досліджувати стійкість системи "пропан+повітря" стосовно малих збурювань.

1. Теоретичний аналіз стійкості системи “полум'я+розряд” стосовно малих збурювань

1.1 Ефективність електричного посилення

Ефективність електричного посилення й можливість керування процесом горіння полум'я залежить від величини поглинається зоною горіння енергії електричного розряду. Якщо розглядати процес "посилення" полум'я з позиції теплового механізму, то можна бачити, що визначальним процесом у цьому випадку є розігрів газу електричним струмом, що протікає через нього, тому що відповідно до закону Аррениуса, збільшення температури газу приводить до значного збільшення швидкості горіння. Але вже при незначних величинах електричного струму (порядку декількох десятків мили ампер для пропано-повітряного полум'я) у розряді розвиваються нестійкості, обумовлені локальним перегрівом газу й зменшенням у цій області електричного опору, так звана іонізаційна нестійкість, що приводить до порушення дифузності розряду і його "шнуруванню" з переходом у дуговий. Сам дуговий розряд, як відомо, не забезпечує ефективного посилення горіння, оскільки має більшу, у порівнянні з газом в'язкість плазменого шнура, завдяки чому утвориться свій канал горіння. Газ у цьому випадку просто обтікає "дугу", як абсолютно тверде тіло, не проникаючи в розрядний канал і посилення, у цьому випадку досягається головним чином за рахунок теплопровідності й випромінювання від дуги й, відповідно, падає ефективність посилення полум'я.

У даній роботі досліджується можливість організації дифузійного електричного розряду в зоні горіння, по своїх теплових параметрах (висока ентальпія) близьким до дугового, однак у зоні інтенсивних хімічних реакцій у дифузійному режимі. Здійснення такого розряду дозволить суттєво збільшити внесок енергії в зону горіння й, отже, ефективно підсилювати й управляти горіння.

При включенні джерела харчування в зоні горіння створюється однорідний по об'єму електричний розряд. Однак малі відхилення параметрів даної системи від стаціонарного стану можуть привести до нестійкості однорідного розряду і його "шнуруванню". У цьому випадку до нестійкості можуть привести флуктуації температури, щільності й локальна зміна провідності полум'я.

Таким чином, математично завдання зводиться до дослідження лінійної нестійкості стосовно збурювань щільності r, температури Т и концентрації електронів N_e.

1.2 Плоскі хвилі збурювання

Розглянемо завдання для випадку плоских хвиль збурювання. Для опису системи “полум'я+розряд” скористаємося звичайними рівняннями газодинаміки, тобто рівняннями нерозривності, рухів й енергії з різними джерелами тепла, а також рівнянням балансу електронів, у якому є процеси рекомбінації й народження електронів:



s--=--e²N_e/m_e/n_m - провідність полум'я

W_el - джоулеві тепловиділення

W_ch - швидкість тепловиділення в хімічних реакціях горіння по аррениусовському законі з тепловим ефектом Q, ефективною константою швидкості хімічних реакцій k, показником n і енергією активації Е_а.

R - газова постійна, з - теплоємність, l-----коефіцієнт теплопровідності, D_a - коефіцієнт амбиполярної дифузії, g-----,--n_i - частота іонізації, b_r - частота рекомбінації, m-----молярна маса газу.

Будемо шукати рішення системи у вигляді плоскої хвилі, для чого перепишемо її для збурювання типу шнура (k j, v || k). Обробимо систему в околиці стаціонарного стану, припустивши, що

де y - напрямок, перпендикулярний напрямку струму. Величини з індексом (0) угорі відповідають стаціонарному стану.

При лінеаризації джерел і стоків у рівнянні енергії скористалися перетворенням Франк-Каменецького:

W_ch = QkTⁿexp{-E_a/RT} = QkTⁿexp{-E_a/RT⁽⁰⁾ + E_a/RT⁽⁰⁾²*[T - T⁽⁰⁾];

W_ch'=QkT⁽⁰⁾ⁿexp{-E_a/RT⁽⁰⁾} + QkT^(0)n-1T^(a)[n +E_a/RT⁽⁰⁾] exp{-E_a/RT⁽⁰⁾}.

З огляду на, що нас цікавить рішення для змінної збурювання (для стаціонарного стану рішення тривіально) стаціонарну даного рівняння можна опустити, тоді

W_ch'= QkT^(0)n-1T^(a)[n +E_a/RT⁽⁰⁾] exp{-E_a/RT⁽⁰⁾}; W_el'= s^(a)E².

Після лінеаризації вихідна система прийме вид:

iwr^(a) - ikr^(_)v^(a) = 0

iwv^(a)r⁽⁰⁾ - ikT⁽⁰⁾r^(a)R/m-----ikRT^(a)r^(_)/m???_

[iwcr^(_)--+--k²l²-----QkT^(0)n-1(n+E_a/R/T⁽⁰⁾)exp(-E_a/R/T⁽⁰⁾)]T^(a) - e²E²N_e^(a)/m_e/n_m= 0 -gQkT^{(0) n-1}(n+E_a/R/T⁽⁰⁾)T^(a) + [iwr^(_) + D_ak² - n_i]N_e^(a) = 0

Позначимо x--= QkT^(0)n-1(n+E_a/R/T⁽⁰⁾)exp(-E_a/R/T⁽⁰⁾).

Вийшла система лінійних рівнянь відносно r^(a), v^(a), T^(a), N_e^(a) (АХ=0). Для того, щоб ця система мала нетривіальне рішення необхідно, щоб її визначник звертався в нуль, що дає дисперсійне рівняння w(k). Ця система 4-х рівнянь. Скориставшись правилами обчислення визначників і припускаючи, що , одержимо

A(iw)³--+--B(iw)^2--+--З(iw)--+--D = 0, (3)

де

A = r^(_)--2c(D_ak² - n_i)

B = (l²k²-----x)(D_ak² - n_i) - r^(_)gxe²E²/m_e/n_m

C = r^(_)c(D_ak²