Численная модель импульсного подкритического стримерного сверхвысокочастотного разряда для задач плазменного поджига топливных смесей в газовой фазе
Аннотация:
Предмет исследования. Разработана и верифицирована приближенная модель, предназначенная для оценки плазменного нагрева и конверсии топливных смесей при помощи подкритического стримерного сверхвысокочастотного разряда. Поджиг топливной смеси происходит в среде с давлением 13 кПа и температурой 150 К при наличии внешнего потока воздуха со скоростью до 500 м/с. Для фокусировки электромагнитного излучения использованы антенна-инициатор и плоское зеркало. Стехиометрическая смесь пропана и воздуха или чистый пропан подаются через полость в антенне. Мощность излучения составила 3 кВт. Метод. Модель реализована на основе схемы расщепления по физическим процессам, что позволило снизить требования к вычислительным ресурсам. Область, занятая плазмой, и ее проводимость заданы исходя из выбранного набора экспериментальных данных. Расчет плазменного поджига состоял из трех этапов. На первом этапе решены уравнения Больцмана для электронного газа в среде в нульмерной постановке для заданных параметров внешнего электрического поля. В результате получены функции распределения электронной энергии и коэффициентов реакций. На втором этапе рассчитаны уравнения Гельмгольца для распределения напряженности электромагнитного поля вблизи антенны-инициатора с учетом заданной проводящей области. По полученным распределениям электрического поля вычислены мощности джоулева нагрева и значения коэффициентов реакций. На третьем этапе получены решения уравнений: Навье-Стокса и переноса различных сортов частиц для сжимаемой среды с учетом процессов горения при заданных источниках локального нагрева и плазменных реакций. Основные результаты. Получены распределения температуры, состава среды, скорости движения среды при заданных локальной мощности нагрева и дополнительных реакций в области, занятой плазмой. Стехиометрическая смесь пропана с воздухом или чистый пропан, подаваемые через антенну, подожжены плазмой: смесь горит в небольшой области, а пропан окисляется в тонком слое смешения с воздухом. Выполнены сравнения результатов расчетов с данными физического эксперимента: и полей температур, и состава среды с фотографиями пламени из эксперимента. Численное исследование показало, что во всех рассмотренных условиях модель дает близкие к эксперименту результаты, но имеется завышение требуемой для поджига мощности излучения практические в два раза. Практическая значимость. Изучение процессов поджига газообразных смесей подкритическим сверхвысокочастотным разрядом представляет интерес для проектирования двигательных установок с повышенной надежностью и возможностью использования трудновоспламенимых смесей. Предлагаемая модель дает приближенные оценки, позволяя снизить требования к вычислительным ресурсам и времени счета по сравнению с традиционными моделями.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- Исследование дисперсионных свойств конгруэнтного кристалла ниобата лития терагерцовом диапазоне частот
- Исследование влияния наведенных механических напряжений, вызванных герметизацией стеклоприпоем, на значение коэффициента поляризационной экстинкции в двулучепреломляющем оптическом волокне
- Метод дистанционного контроля радиационных параметров космических аппаратов на основе рентгенофлуоресцентного анализа
- Волоконно-оптический амплитудный датчик направления и величины изгиба
- Компенсация внешних возмущений для многоканальных систем с запаздыванием в управлении
- Построение криптографических схем, основанных на эллиптических кривых над рациональными числами
- Алгоритм генерации проектных решений для управления данными и проектно-производственными процедурами на этапах жизненного цикла электронного изделия
- Способ повышения эффективности комплексной обработки данных дистанционного зондирования Земли при решении задач мониторинга пространственных объектов
- Разработка модели обнаружения сетевых аномалий трафика в беспроводных распределенных самоорганизующихся сетях
- Применение FN-корректора с целью повышения качества классификации аудиособытий
- Усиление роли микроархитектурных этапов проектирования встраиваемых систем
- Многомерный двоичный классификатор дерева решений на основе неглубокой нейронной сети
- Организация фаззинг-тестирования многопоточных приложений на основе метода распараллеливания независимых переходов
- Метод защиты нейронных сетей от компьютерных бэкдор-атак на основе идентификации триггеров закладок
- Программная инструментальная система создания адаптивных пользовательских интерфейсов
- Облегченная система рекомендаций для анализа социальных сетей с использованием гибридного алгоритма классификатора BERT-SVM
- Метод обнаружения инцидентов информационной безопасности по аномалиям в биометрических поведенческих чертах пользователя
- Моделирование случайных процессов на основе преобразования Карунена–Лоэва
- Управление численной диссипацией гибридного метода крупных частиц в задачах с вихревой неустойчивостью
- Численное исследование прямой, винтовой и спиральной капиллярной трубок для хладагента CO2
- Восстановление информации в зашумленном канале методом фантомной визуализации со спектральным мультиплексированием в оптическом диапазоне