Воспламенение пропан-воздушных смесей в ударной трубе

Внедрение: 2021 г.

В работе [1] проведено измерение времен задержки воспламенения в пропан-воздушных смесях. Эксперименты проводились на ударной трубе за фронтом отраженной ударной волны в интервале температур T = 1050÷1780 K при давлении p = 30 атм и коэффициентах избытка топлива Φ = 0,5,1,0 и 2,0. Показано, что в области исследованных температур время задержки воспламенения в пропане растет с увеличением Φ. Проведено сравнение полученных данных с результатами других измерений, которое показывает, что при низких температурах (T ≤ 1000 K) зависимость времени задержки воспламенения от Φ имеет противоположный характер.

Эксперименты проводились на ударной трубе, входящей в состав экспериментального комплекса «Ударная труба» НИИ механики МГУ. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1. 

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки: КВД – камера высокого давления; КНД – камера низкого давления; D – медная диафрагма с калиброванными насечками; F1, F2 – УФ световоды; P1‑P3 – пьезоэлекрические датчики давления.

 

При разрыве диафрагмы, отделяющей КВД от КНД, в исследуемом газе формируется падающая ударная волна, скорость которой определяется непосредственно перед торцевой стенкой КНД ударной трубы. Для этих целей используются пьезоэлектрические датчики давления. Время задержки воспламенения горючей смеси (время индукции) τind определялось за отраженной ударной волной. Для этих целей в торце ударной трубы были установлены два УФ световода F1 и F2 (SSU 1.1), фиксирующие начало воспламенения по излучению радикала OH на длине волны 308 нм, и датчик давления P3 (PCB113B24). Расположение световодов позволяло с учетом диаграммы направленности регистрировать излучение на ФЭУ‑100, возникающее как из области на оси трубы, так и из пристеночной области. Датчик давления P3 позволял определять момент прихода ударной волны к торцу трубы, измерять давление в отраженной ударной волне и регистрировать момент воспламенения смеси.

Сигналы с датчиков давления и ФЭУ регистрировались модулями АЦП Е20‑10 (L‑Card). Временные зависимости сигналов со световодов F1, F2 и датчика давления P3 для двух режимов (числа Маха M = 3,06 и 3,3, начальное давление p0 = 0.51 и 0.37 атм) представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Осциллограммы давления и сигналы со световодов за фронтом отраженной ударной волны: M = 3,06 , p0 = 0,51 атм (слева); M = 3,3, p0 = 0,37 атм (справа).

 

Экспериментальное исследование высокотемпературного воспламенения пропана было проведено в различных пропан-воздушных смесях. Результаты измерений времен задержки воспламенения τind в зависимости от обратной температуры смеси и коэффициента избытка топлива приведены на рисунке 3.

Рисунок 3. Измеренные времена задержки воспламенения в пропан-воздушной смеси при давлении p = 30 атм и различных коэффициентах избытка топлива: точки – экспериментальные данные, линии – аппроксимирующие кривые.

 

На рисунке 4 результаты измерения величины τind, полученные в настоящей работе при давлении p = 30 атм в стехиометрической пропан-воздушной смеси (коэффициент избытка топлива Φ = 1,0), сравниваются с экспериментальными данными других авторов, полученными при разных давлениях.

Рисунок 4. Сравнение полученных экспериментальных данных для стехиометрических смесей (Φ = 1,0) с данными измерений других авторов при более низких давлениях: точки – экспериментальные данные, линии – аппроксимирующие кривые (слева). Сравнение полученных экспериментальных данных для бедных смесей (Φ = 0,5) с данными измерений других авторов при более низких давлениях: точки – экспериментальные данные, линии – аппроксимирующие кривые (справа).

 

Полученная экспериментальная информация расширяет диапазон имеющихся экспериментальных данных, являющихся основой для тестирования редуцированных кинетических механизмов, которые используются для моделирования процесса горения пропана в различных камерах сгорания. Особенно это касается богатых смесей (Φ = 2,0), для которых отсутствуют экспериментальные данные по временам задержки воспламенения.

Работа выполнена по гранту РФФИ № 20‑51‑00003 (Бел_а), а также рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ «Экспериментальное и теоретическое исследование кинетических процессов в газах» (номер гос. регистрации АААА-А19-119012990112-4).

 

Источник:
Козлов П.В., Забелинский И.Е., Быкова Н.Г., Герасимов Г.Я., Левашов В.Ю. Воспламенение пропан-воздушных смесей в ударной трубе при давлении 30 атм // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2021. – Т. 22, № 3. – С. 42‑53.


Разработчик: Козлов П.В., Забелинский И.Е., Быкова Н.Г., Герасимов Г.Я., Левашов В.Ю. (НИИ Механики МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва)

Контакты

Адрес: 117105, Москва, Варшавское шоссе, д. 5, корп. 4, стр. 2

Многоканальный телефон:
+7 (495) 785-95-25
Факс: +7 (495) 785-95-14

Отдел продаж: sale@lcard.ru
Техническая поддержка: support@lcard.ru

Время работы: с 9-00 до 19-00 мск