Способы ускорения перехода горения в детонацию в малогабаритной камере сгорания реактивного типа

In a small-size tube (diameter 20 mm and length less 1 m) the cyclic detonative regime is implemented with combustion of heptane / air / oxygen mixtures. Conditions of the deflagration-to-detonation transition were established with regard to the influence of thermal activation and porous obstacle. Analysis showed that a slight increase in mixture temperature prior to its ignition causes under certain conditions the detonation initiation at various distances from initiator. The presence of a porous packing in the mixing zone is a factor that substantially accelerates a deflagration-to-detonation transition.В малогабаритной трубе (диаметром 20 мм и длиной менее 1 м) осуществлен цикличный детонационный режим горения смесей гептана с кислородом и воздухом. Установлены условия перехода горения в детонацию с учетом влияния термической активации смеси и наличия пористого препятствия. Показано, что незначительное повышение температуры смеси перед ее зажиганием приводит при определенных условиях к инициированию детонации на разных дистанциях от источника воспламенения. Наличие пористой набивки из металлической стружки в зоне смешения также является фактором, существенно ускоряющим переход горения в детонацию

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА СМЕСИ БЕНЗИНА С ВОЗДУХОМ, ОБОГАЩЕННОЙ ВОДОРОДОМ

The effect of hydrogen additives on the working process of a piston-type gasoline engine is studied. The indicator diagram has been built, and the operation of the piston engine on gasoline-air mixtures enriched with hydrogen in the amount of 0…20 % of the volume of air entering the engine has been analyzed. The possibility of obtaining satisfactory parameters when the engine works on gasoline with hydrogen additives is shown. The dynamics of the engine performance is studied depending on the oxidant excess coefficient. It has been established that the oxidizer excess ratio at which the maximum indicator pressure is reached is moved to the zone of poor mixtures. When the mixture is enriched with hydrogen in the amount of 20 % of the air volume, the maximum of indicator pressure pimax = 5.3...5.8 MPa is reached at α = 1.15...1.25, while for 10 % hydrogen addition the maximum pimax = 4.9...5.2 MPa takes place at α = 1.05...1.10 against pimax = 4.7...5.1 MPa at α = 0.90...0.95 for pure gasoline. According to the indicator diagram, the dynamics of intra-cylinder parameters is studied when the mixture is enriched with hydrogen. Thus, with a 20 % hydrogen addition the mean indicator pressure decreases by 12...19 %, despite a slight increase in the maximum cycle pressure (3...18 %), compared with gasoline operation, which leads to a proportional decrease in both the engine indicator power, and the indicator efficiency.Изучено влияние добавок водорода на рабочий процесс бензинового двигателя внутреннего сгора- ния поршневого типа. Построена индикаторная диаграмма и дан анализ работы поршневого двигателя на бензинвоздушных смесях, обогащенных водородом в размере 0…20 % от объема поступающего в двигатель воздуха. Показана возможность получения удовлетворительных показателей при работе на бензине с добавками водорода. Исследовано изменение работы двигателя в зависимости от коэффициента избытка окислителя. Установлено, что коэффициент избытка окислителя, при котором достигается максимум индикаторного давления, смещается в область бедных смесей. При обогащении смеси водородом в размере 20 % от объема воздуха максимум индикаторного давления, равный pimax = 5,3…5,8 МПа, достигается при α = 1,15…1,25, а при 10%-ной добавке водорода имеет место максимум pimax = 4,9…5,2 МПа при α = 1,05…1,10 против pimax = 4,7…5,1 МПа при α = 0,90…0,95 для чистого бензина. По индикаторной диаграмме изучена динамика внутрицилиндровых параметров при обогащении смеси водородом. Так, при 20%-ной добавке водорода среднее индикаторное давление падает на 12…19 %, несмотря на некоторое возрастание максимального давления цикла (на 3…18 %), по сравнению с работой на бензине, что ведет к пропорциональному снижению как индикаторной мощности двигателя, так и индикаторного КПД

РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ФЕМТОЛИТРОВЫХ КАПЕЛЬ РАСТВОРОВ НА ПОДЛОЖКУ-ЭЛЕКТРОД ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ

For reduced pressure 60–300 Torr experimental results and theoretical estimates of electrostatic deposition of femtoliter droplets, containing inside nanoparticles, from the gas stream on substrate-electrode are presented. It is shown that the corona discharge with a stream of droplets is stable in a limited range of currents and voltages. Similarity criterion of the process of electrostatic deposition is obtained. It was found that the use a thin dielectric substrate, covering the electrodes, significantly reduces agglomeration of charged droplets due to Coulomb repulsion.Представлены экспериментальные результаты и теоретические оценки осаждения при пониженном давлении 60–300 торр фемтолитровых капель, содержащих внутри наночастицы, из газового потока на подложку-электрод. Показано, что коронный разряд с потоком капель устойчив в ограниченном диапазоне токов и напряжений. Установлен параметр подобия процесса электростатического осаждения. Обнаружено, что осаждение на диэлектрическую подложку, закрывающую электрод, существенно уменьшает агломерацию капель за счет кулоновского отталкивания

НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ ТОК ФОТОЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ ПРИ ФОТОЭМИССИОННОМ АНАЛИЗЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

The dependence of photon energy from energy of photoelectron is base of photoemission radiation analysis. In such photoemission measurements except current of photocathode is always exist a reverse current from the collector of electrons to the photocathode in two-electrode sensors. There are various ways of reverse and uncontrolled current eliminating or reducing their influence. The constructive method is based on creating an electron-optical system of photoelectronic device, which would be a photoelectron energy analyzer. The second method – technological. However, it requires the manufacture of the photocathode and the dynode system in different vacuum chamber with subsequent connection to a single device in vacuum environment without exposure to the atmosphere. The purpose of this article is to determinate the effect of photoemission from photocathode chamber and the first dynode of photomultiplier on energy distribution of the photoelectrons from photocathode. To solve this problem authors obtained calibration curves for measuring pyrometer module ПИФ 4/2 with ФЭУ-114 as a sensor at supply voltage 1350 V and different decelerating voltages. The effect of illumination on the value of modulation coefficient on temperature k(T) and wavelength k(λ) is shown. In temperature measurements, this effect is evident in fact that at temperatures below 1400 K linear dependence ln k – T-1 is broken. Still this linear dependence is a necessary consequence of the fact that the measured temperature is color temperature. However, this calibration curve can be used to measure low temperature if the target measurements condition and calibration conditions are identical. In wavelength calibration, curve k(λ) at λ > 760 nm is two-valued, that doesn’t allow to identify monochromatic radiation by this method and bring in errors in temperature measurements. В основе фотоэмиссионного анализа излучения лежит зависимость энергии фотоэлектрона от энергии фотона. В фотоэмиссионных измерениях, кроме тока фотокатода, всегда присутствует обратный ток с коллектора электронов на фотокатод в двухэлектродных датчиках. Существуют различные способы устранения обратного и неуправляемого токов или уменьшения их влияния. Конструктивный способ основан на создании такой электронно-оптической системы фотоэлектронного прибора, которая являлась бы энергоанализатором фотоэлектронов. Второй способ – технологический. Он требует изготовления фотокатода и динодной системы в различных вакуумных камерах с последующим их соединением в единый прибор в вакуумной среде без экспозиции на атмосферу, но этот метод является весьма трудоемким и связан с изготовлением сложного высоковакуумного оборудования. Цель данной работы состояла в том, чтобы определить влияние фотоэмиссии из катодной камеры и с первого динода фотоэлектронного умножителя на распределение по энергиям фотоэлектронов фотокатода. Для решения поставленной задачи авторами были получены градуировочные кривые для измерительного модуля пирометра ПИФ4/2 с ФЭУ-114 в качестве датчика при напряжении питания 1350 В и разных тормозящих напряжениях Uт . Показано влияние засветки на значение коэффициента модуляции по температуре k(T) и длинам волн k(λ). При измерении температур это влияние проявляется в том, что при температурах ниже 1400 К нарушается линейная зависимость ln k от T-1 , которая является необходимым следствием того, что измеряемая температура – интегральная цветовая. Однако данную градуировочную кривую можно использовать для измерения низких температур в случае, если условия градуировки и измерения температуры объекта одинаковы. При градуировке по длинам волн кривая k(λ) при λ > 760 нм делается двузначной, что не позволяет идентифицировать этим методом монохроматическое излучение и вносит погрешность в измерение температуры. Таким образом, явление обратного тока следует учитывать при освещении ФЭУ, работающего в режиме сепарации фотоэлектронов по энергиям, как непрерывным, так и монохроматическим излучением.

Особенности самовоспламенения паров н-декана в воздухе при температурах 600–800 К

Experiments of n-decane/air self-ignition at the temperature range 600–800 K were carried out by rapid compression machine. It allowed obtaining temperature-concentration limits of transition from single-stage to two-stage ignition. High-speed video recording has let established that hot stage ignition always initiates near the piston surface or quartz window. These locations depend on gas temperature. Combustion of the test mixture occurs in the entire volume after that. Couple sequential photos of cool flame shows that it starts same near piston surface and has a complicated volumetric structure caused by the roll-up gas vortex. It is shown that partial n-decane pressure increasing during compression causes the non-equilibrium condensation process near the inner surfaces of combustion chamber. This leads to significant redistribution of n-decane concentration and determines local characteristics self-ignition of n-decane/air mixture.В условиях быстрого адиабатического сжатия изучены особенности самовоспламенения паров н-декана в воздухе при температуре 600–800 К, давлении 0,8–1,2 МПа, эквивалентных отношениях ϕ = 0,5–1,5 и постоянной плотности смеси 5,0 ± 0,5 кг/м3 . Установлены температурно-концентрационные пределы перехода от одностадийного к двухстадийному режиму самовоспламенения. Многоракурсная съемка обнаружила, что в зависимости от температуры «горячая» стадия процесса всегда возникает и развивается вблизи поверхности поршня либо торцевой стенки цилиндра сжатия, сопровождается одновременным переносом образованных очагов внутрь камеры сгорания, после чего происходит близкое к однородному самовоспламенение оставшейся смеси. Фотографии холодного пламени паров н-декана позволили определить пространственное положение очага самовоспламенения первой стадии – вблизи поверхности поршня. Установлено, что вблизи поверхности поршня на оси камеры находится застойная зона, вызванная вихревым тороидальным течением газа, в которой химическая реакция возникает с запозданием. Показано, что по мере увеличения парциального давления паров н-декана при сжатии процесс неравновесной конденсации топлива вблизи стенок камеры сгорания приводит к существенному перераспределению концентрации и температуры смеси по объему, что предопределяет локальные особенности ее последующего самовоспламенени

ВЫБРОСЫ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

The concentration of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the gasoline combustion products emitted into the atmosphere by internal combustion engines (ICE) has been measured using the gas chromatography method. The concentrations of PAHs in the exhaust gases sampled behind a catalytic converter has been determined when the ICE operates in five modes: idle mode, high speed mode, load mode, ICE cold start mode (engine warm-up) and transient mode. Using 92 RON, 95 RON and 98 RON gasoline the effect of the octane number of gasoline on the PAHs content in the exhaust gases has been revealed. The concentration of the most carcinogenic component (benzo(α)pyrene) in the exhaust gases behind a catalytic converter significantly exceeds a reference value of benzo(α)pyrene in the atmospheric air established by the WHO and the EU for ICE in the load mode.Методом газовой хроматографии исследованы концентрации 16 полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в продуктах сгорания бензина, выбрасываемых в атмосферу двигателями внутреннего сгора-ния (ДВС). Определены концентрации ПАУ в пробах отработавших газов, отбираемых после каталитического нейтрализатора, при работе ДВС на пяти режимах: режим холостого хода, режим повышенных оборотов, режим нагрузки, режим холодного запуска ДВС (прогрев двигателя) и переходный режим. Установлено влияние октанового числа бензина с использованием бензинов марок АИ-92, АИ-95 и АИ-98 на содержание ПАУ в продуктах сгорания. Концентрация наиболее канцерогенного компонента – бенз(α)пирена – в отработавших газах после каталитического нейтрализатора существенно превышает ПДК воздуха рабочей зоны при работе ДВС в режиме нагрузки

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕТОНАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

An attempt has been made to analyze qualitatively and quantitatively the thermodynamic cycle of detonative combustion and to compare it with the Otto and Brayton cycles in order to establish the degree of its thermodynamic perfection. A comparison of the thermodynamic cycles of Otto, Brayton, and detonation was carried out for equivalent Carnot cycles, which has the same degree of thermodynamic perfection as the investigated cycles. To determine the parameters of the detonation cycle, the classical detonation theory based on the laws of thermodynamics and gasdynamics was used. It is shown that the detonation cycle in comparison with the cycles of Brayton and Otto has larger entropy at the end of the heat supply and smaller one at the end of the heat removal. That means it has a higher mean-integral temperature of heat input and a lower mean-integral temperature of heat removal. Thus, in the range of characteristic values of the adiabatic index k, the temperature at the end of the heat input process in the detonation cycle exceeds the Otto cycle temperature by about 7–15 %. Consequently, the detonation cycle is thermally more efficient, since the thermal efficiency of the cycle increases with the expansion of the temperature boundaries of the equivalent Carnot cycle.Предпринята попытка качественно и количественно проанализировать термодинамический цикл детонационного сгорания и сопоставить его с циклами Отто и Брайтона с целью установления степени его термо-динамического совершенства. Сравнение термодинамических циклов Отто, Брайтона и детонационного сгорания производилось по эквивалентным циклам Карно, обладающим той же степенью термодинамического совершенства, что и исследуемые циклы. Для определения параметров детонационного цикла использована классическая теория детонации, основанная на законах термодинамики и газодинамики. Показано, что детонационный цикл по сравнению с циклами Брайтона и Отто имеет бóльшую энтропию в конце подвода тепла и меньшую в конце отвода тепла. Это означает, что он обладает более высокой среднеинтегральной температурой подвода теплоты и более низкой среднеинтегральной температурой отвода теплоты. Так, в диапазоне характерных значений показателя адиабаты k температура в конце процесса сообщения тепла в цикле детонационного сгорания превышает температуру цикла Отто примерно на 7–15 %. Следовательно, детонационный цикл термически более эффективен, поскольку термический КПД цикла увеличивается с расширением температурных границ эквивалентного цикла Карно.

ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ЛЕГКОГАЗОВАЯ МАГНИТОПЛАЗМЕННАЯ МЕТАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ В УСЛОВИЯХ ГЛУБОКОГО ВАКУУМА

The results of experimental and analytical study of a two-stage light-gas magnetic plasma launcher are presented. An optical method for measuring the speed of small bodies (2–10 mm) was developed and was used to test the magnetic plasma launcher to accelerate particulates. The experimental data are in good agreement with the mathematical model of a two-stage light-gas gun in the approximation of constant acceleration pressure for a projectile.Приведены результаты экспериментального и аналитического исследования работы двухступенчатой легкогазовой магнитоплазменной метательной установки. Разработан оптический метод измерения скорости небольших тел (2–10 мм), который использовался при испытании комбинированной газоразрядной установки для ускорения микро- и макрочастиц. Экспериментальные данные находятся в хорошем согласии с математической моделью двухступенчатой легкогазовой пушки в приближении постоянства ускоряющего давления за ударником

Состав отходящих газов при каталитическом синтезе углеродных наноматериалов при пиролитическом разложении пропан-бутановой смеси

It is known that during the process of carbon nanomaterials synthesis, gaseous products and various unknown hydrocarbons are formed. Thus, the production of carbon nanomaterials could damage the environment. A detailed analysis of all gaseous products during the pyrolysis process is needed in order to clarify the nature of the formed substances and to control the technological characteristics of the catalyst. The chemical composition study of exhaust gases was made on the facility of propane-butane mixture pyrolysis for the carbon nanomaterial synthesis. The analysis of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) of the extracts is made using a gas chromatography-mass spectrometry method. A quantitative analysis of gases was made by gas chromatography coupled with a heat conduction detector and a flame ionization detector. It was established that the concentrations of some PAHs exceed 14, 20, 90 and 100 times much as a maximum permissible concentration in the air. It was found that the appropriate devices of carbon nanomaterial production should be used in order to eliminate the PAHs that are formed.Анализ отходящих газов установки пиролиза легких углеводородов в процессе синтеза углеродных наноматериалов является актуальной задачей не только для оценки количества образующихся вредных веществ, но и для обеспечения наибольшей производительности реактора и максимальной степени конверсии исходного сырья. Методом газовой хроматографии проведен качественный и количественный анализ отходящих газов: неконденсируемых газообразных фракций и адсорбируемых ароматических углеводородов. В результате экспериментов было установлено, что основными компонентами отходящих газов являются водород и метан. В соответствии с утвержденной в Республике Беларусь методикой измерены значения 16 полициклических ароматических углеводородов, обнаруженных в отходящих газах. Проведено сравнение полученных значений с нормативными предельно допустимыми концентрациями канцерогенов в воздухе. Установлено, что концентрации пирена, фенантрена, аценафтилена, аценафтена превышают норму в 1,5–6 раз, а содержание таких токсикантов, как бенз(а)антрацен, антрацен, бенз(а)пирен и дибенз(а,h)антрацен значительно превышают норму. Полученная информация позволяет оценить степень опасности для экологии и возможный вклад таких установок в загрязнение окружающей среды, а также прогнозировать защитные меры по снижению вредного воздействия