Введение к работе
Актуальность теми исследований. Понимание физики процессов, происходящих в приэлоктродных областях низкотемпературной плазмн, необходимо при решении многих научных я технических задач: проектировании электродов для промышленных установок, расчетвх тепловых потоков и электрических свойств приэлектродных областей, создании промышленных катализаторов для экологических целей и т.д. Использование теоретических расчетов большинства процессов, происходящих в приэлектродных областях, ввиду сложности исследуемого объекта невозможно без их тщательной экспериментальной проверки.
Исследования проводились в плазме продуктов сгорания углеводородных топлив. Для повышения проводимости плазмы продуктов сгорания в нее обычно вводят легкоионизирувдуюся присадку в виде "щелочного металла, ионизация которого определяет образование заря-генных частиц в плазме. Концентрации атомов щелочных металлов и заряженных частиц в приэлектродной области определяются совокупностью процессов о участием примесных компонентов и могут существенно отличаться от своих равновесных значений. При этом характер поведения примесных компонентов определяет поведение щелочного металла и заряженных чвстиц. Одной из наиболее вазяшх молекул в кинетике образования заряженных компонентов плазмы продуктов сгорания углеводородных тошшв является молекула гидроксила. Недду .тем до настоящего временя отсутствовали какие-либо экспериментальные данные о поведении гидроксила в плазме Еблази . электрода. Необходимость измерения концентрации гидрокснлв с шсоким прострвнст-Еаншш разрешением в пограничном слое потребовала применения катода резонансной лазерной флуоресцэнцш. Для кптэрпрзтвции експериментальних флуоресцентных измерений'в области с сильными томпера-турнши градиентами необходимо рассмотреть динамику взаимодействия лазерного излучения о гидроксилои в ппрокон диапазоне температур.
Перспектива создания ряда прогяЕПлекпых устройств обусловливает интерес к механизму контракции- несамостоятельного разряда. Наименее понятными являются процесса в прикатодноЗ области, на которую обычно прпходигся существенная доля от общего падения потенциала гэзду шгактродвми. В имеющихся экспврЕШИталышх работах ввиду малой толщина прикатодаого слоя измерялись лииь интегральные свойства всего прикатодаого слоя: вольг-ашернкэ характеристики, предельные режимы существования диффузного режима горения разряда. Реализация условий, при которых слой разделения зарядов псотолько велик, что его мокло исследовать, позволяет провести
корректную експериментальную проверку теоретических моделей. Несомненный интерес представляет исследование устойчивости разряда по отношении к внешнему возмущению. Ранее в экспериментальных исследованиях внешнее возмущение создавалось с помощью вспомогательных разрядов, лазерной искры, что не позволяло выделить влияние каадой отдельной составляющей возмущения (повышение температуры, концентрации электронов, излучение, ударная волна) на устойчивость разряда. Применение в качества источника возмущения лазерного излучения резонансной частоты является весьма перспективным, так как единственным результатом его воздействия является локальное повышение концентрации электронов.
Цель диссортвционной работы - экспериментальное изучение физических и химических процессов в приэлектродных областях плазмы продуктов сгорания, проверке теоретических моделей, описывающих приалектродные области, разработка методик экспериментального их. исследования.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана система для автоматизированных измерений в плазме продуктов сгорания', включающая измерения температуры двумя независимыми методами, концентраций атомов щелочных металлов и гидроксила, зондовые измерения;
рассчитаны профили компонентов плазмы продуктов сгорания в химически неравновесной приелектрадной области для различных температур, составов пламени и граничных условий;
рассмотрена модель взаимодействия лазерного излучения с гидроксилом в плазма продуктов сгорания атмосферного давления. Впервые исследована возмохность измерения концентрации гидроксила флуоресцентным методом при температурах выше 20OQ К. Впервые измерены профили гидроксила в приэлектродной области для различных типов поверхности и составов продуктов сгорания;
впервые измерено распределение потенциала в прикатодном слое плазмы продуктов сгорания с щелочной присадкой при напряжениях вплоть до пробойных;
впервые наблвдвлась контракция разряда, инициированная лагерным излучением резонансной частоты. Обнаружено снижение до БО* напряжения контракции. Наблюдалась вадеркка до 150 мкс между импульсом лазера и переходом разряда в контрагированное состояние.
Научная и практическая ценность работы определяется тем, что:
- полученные результаты по исследованию приэлактродных об
ластей расширяют представления о процессах, происходящих -в плаз-
ме вблизи стенки;
проведенные исследования необходимы для решения различных проблем (борьба о коррозией энергетических установок, разработка снижающих вредные выбросы промышленных катализаторов, развитие зондовнх измерений, создание коммутационной аппаратуры и т.д.). возникающих при создании ряда важных практических устройств;
разработанные методики измерений могут быть использованы для исследований плазменных нооднородзостой во многих объектах (двигатели внутреннего сгорания, сопла реактивных двигателей, плазмотроны, технологические лазеры и т.д.), для аналитических приложений.
Научные положения. выносимые на защиту.
-
Автоматизированная система для диагностики параметров плазмы продуктов сгорания.
-
Методика лазерного флуоресцентного определения концентрации гидроксилв в плазма продуктов сгорания при наличии сильных температурных градиентов.
-
Результаты исследования профилей концентрация пздроксила в приэлектродной области.
-
Результаты исследований растраделения потинцизла в прика-тодной области.
-
Результаты экспериментального изучения воздействия лазерного излучения резонансной частоти па устойчивость диффузного разряда.
Аппробэция результатов работы.
Основные результаты работы докладывались на XXXIV научной конференция WMTI (Москва, 1988), І Всесоюзной научно-технической конференции катоды диагностики двухфазных к реагирущих потоков" (Алуга-з, 1988), 9-м Кеадународном симпозиума по химии1 плазмы (Пугночиузо, Италия, 1989), IV Всесоюзной научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение темгорзтурянх и. тешюфизичаских измерений в области высоких температур" (Харьков, 1990), на научных семинарах ИВТАН.
Публикации. Оспоелыв результаты диссертации опубликованы в 9 печатных рсботах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пятиглав, заключения и списка литературы из //2. наименований. Содержание работы излонано na/Zt? страница текста, включая рисунков и <Р таблиц.
