Кинетические особенности нетермической плазменной конверсии пропано-воздушной смеси при повышенном давлении

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе представлены результаты моделирования процесса конверсии бедной негорючей пропановоздушной смеси с инициацией высокочастотным коронным разрядом при давлении 5 бар и начальной температуре 300 К для разных коэффициентов избытка топлива. Разряд создает нетермическую плазму в каналах-филаментах. Проведены эксперименты развития такого разряда в воздухе для разных условий. При давлениях 1 и 2 бар разряд имеет сложную морфологию с ветвлением разрядных филаментов. При давлениях выше 3 бар область свечения имеет форму прямой спицы. В работе приведен кинетический анализ конверсии. Ключевым компонентом для разложения пропана является атом О, наработанный в разряде в результате диссоциации О2 прямым электронным ударом и возбужденными молекулами N2. В послесвечении, после завершения разряда, источником атома О являются реакции разложения озона с N2 и O2. Для образования NO необходимо учитывать наработку атомов N в возбужденном и основном состояниях. Большую роль в увеличении концентраций C3H6, C2H4, CO со временем играют промежуточные окисленные углеводороды. Разложение О3 происходит в большей степени в цикле с участием NO3. Нагрев активированной разрядом зоны не превышал 600 К. Состав продуктов конверсии, полученный в результате моделирования, сравнивался с известными литературными экспериментальными данными.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Филимонова

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: helfil@mail.ru
Россия, Москва

И. В. Селивонин

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Email: helfil@mail.ru
Россия, Москва

И. А. Моралев

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Email: helfil@mail.ru
Россия, Москва

А. С. Добровольская

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Email: helfil@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Bellenoue M., Labuda S., Ruttun B., Sotton J. // Combust. Scien. Technol. 2007. V. 179. P. 477.
  2. Reitz R.D. // Combust. and Flame. 2013. V. 160. P. 1. http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2012.11.002
  3. Discepoli G., Cruccolini V., Ricci F. et al. // Appl. Energy. 2020. V. 263. 114617. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114617
  4. Hampe C., Bertsch M., Beck K.W. et al. // SAE. 2013. 2013-32-9144.
  5. Burrows J., Mixell K. // Ignition Systems for Gasoline Engines / Ed. Günther M., Sens M. Switzerland: Inter. Publ. Springer, 2017. P. 268. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45504-4_17
  6. Schenk A., Rixecker G., Bohne S. Third Laser Ignition Conference (LIC). US, 2015. Paper W4A.4.
  7. Xu D.A., Lacoste D.A., Laux C.O. // Plasma Chem. Plasma Proces. 2016. V. 36. P. 309. https://doi.org/10.1007/s11090-015-9680-3
  8. Ju Y., Sun W. // Progr. Energy Combust. Scien. 2015. V. 48. P. 21. http://dx.doi.org/10.1016/j.pecs.2014.12.002
  9. Filimonova E., Bocharov A. Bityurin V. // Fuel. 2018. V. 228. P. 309. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.04.124
  10. Filimonova E.A., Bocharov A.N., Dobrovolskaya A.S., Bityurin V.A. // Plasma Chem. Plasma Proces. 2019. V. 39. № 3. P. 683. https://doi.org/10.1007/s11090-019-09964-x
  11. Tsolas N., Lee J.G., Yetter R.A. // Philosoph. Transact. Royal Soc. A. 2015. V. 373. 20140344. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2014.0344
  12. Tsolas N., Yetter R.A. // Combust. and Flame. 2017. V. 176. P. 534. http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2016.10.022
  13. Tsolas N., Yetter R.A., Adamovich I.V. // Ibid. 2017. V. 176. P. 462. http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2016.10.023
  14. Filimonova E.A. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2015. V. 48. 015201. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/1/015201
  15. Ban Y., Zhong Sh., Zhu J., Zhang F. // Fuel. 2023. V. 339. 127353. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.127353
  16. Wang L., Yu X., Zheng M. // IEEE Transact. Plasma Scien. 2021. V. 49. № 1. P. 326. https://doi.org/10.1109/TPS.2020.3041635
  17. Yu X., Wang L., Yu S., Wang M., Zheng M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. 055004. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ac5f21
  18. Pipa A.V., Koskulics J., Brandenburg R., Hoder T. // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. № 11. P. 115112. https://doi.org/10.1063/1.4767637
  19. Пашин М.М., Лысов Н. Ю. // Электричество. 2011. № 1. C. 21.
  20. Kriegseis J., Möller B., Grundmann S., Tropea C. // J. Electrostat. 2011. V. 69. № 4. P. 302. http://dx.doi.org/10.1016/j.elstat.2011.04.007
  21. Лысов Н.Ю. // Электричество. 2016. № 10. C. 28.
  22. Orlov D.M., Corke T.C. // Proc. 44th AIAA Aerospace Sci. Meeting and Exhibit. Reno, Nevada: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2006. P. AIAA 2006-1206. https://doi.org/10.2514/6.2006-1206
  23. Filimonova E.A., Dobrovolskaya A.S., Bocharov A.N., Bityurin V.A., Naidis G.V. // Combust. and Flame. 2020. V. 215. P. 401. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.01.029
  24. Филимонова Е.А., Добровольская А.С. // Теплофизика высоких температур. 2023. Т. 61. № 3. С. 340. https://doi.org/10.31857/S0040364423030080
  25. Auzas F., Tardiveau P., Puech P., Makarov M, Agneray A. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. 495204. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/49/495204
  26. Hagelaar G.J.M., Pitchford L.C. // Plasma Sources Sci. Technol. 2005. V. 14. P. 722.
  27. Babaeva N.Yu., Naidis G.V. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1996. V. 29. P. 2423.
  28. Филимонова Е.А., Добровольская А.С. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 12. C. 39. https://doi.org/10.31857/S0207401X23120051
  29. Filimonova E.A., Kim Y., Hong S.H., Song Y.H. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. V. 35. P. 2795.
  30. Железняк М.Б., Филимонова Е.А. // Теплофизика высоких температур. 1998. Т. 36. № 4. С. 557.
  31. Herron J.T. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1999. V. 28. № 5. P. 1453.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема установки: 1 – газовая камера, 2 – высоковольтный ввод, 3 – электрод, 4 – оптическая камера, 5 – измерительная емкость.

Скачать (389KB)
Метаданные
3. Рис. 2. а – Осциллограммы приложенного напряжения и перенесенного через электродную систему заряда; б – график энерговклада в разряд. Данные представлены для давления 2 бар.

Скачать (778KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображения разряда при различных давлениях и амплитуде напряжения 15 кВ: a – 1 бар (Etot = = 82 мДж), б – 2 бар (Etot = 34 мДж), в – 3 бар (Etot = = 28 мДж), г – 4 бар (Etot = 27 мДж); Etot – полная вложенная за радиоимпульс энергия. Экспозиция камеры – 1 мс.

Скачать (861KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость концентраций компонентов от времени образования филамента разряда при ϕ = 0.45; DeC3H8 – количество потребленного пропана (разница между начальной концентрацией пропана и оставшейся после обработки разрядом).

Скачать (913KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Эволюция активированной зоны после отключения разряда при ϕ = 0.45. В “легенде” отмечен тип кривой в разные моменты времени. Это относится как к температурным кривым (красный цвет), так и к мольным долям пропана (черный цвет).

Скачать (508KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Эволюция компонентов после завершения разряда в активированной зоне в точке r = 0.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025