Многофазные электрофизические и плазменные процессы и технологии, гидродинамика и турбулентность

Отчет 192 с., 106 рис., 14 табл., 264 источн. НЕРАВНОВЕСНАЯ ПЛАЗМА, ИСКРОВОЙ РАЗРЯД, СТРИМЕР, МОЛНИЯ, АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ПЛАЗМОТРОН, СИНТЕЗ ЧАСТИЦ, МНОГОФАЗНОЕ ТЕЧЕНИЕ, ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ГОРЕНИЕ, ДЕТОНАЦИЯ Основными объектами исследования являются: - сильно неравновесная газоразрядная плазма; - электрогидродинамическое течение при наличии границы раздела; - воспламенение и нестационарное горение газообразных смесей различных составов в ограниченных объемах и свободном пространстве; - распыл и пиролиз в установках; - инициирование быстрого разложения в поле упругих напряжений сдвига. Основными целями работы являются: - определение параметров плазмы в микросекундном искровом разряде в воздухе; - исследование волн ионизации – стримеров в воздухе и кинетики колебательного возбуждения молекул СО2 в газовых разрядах; - определение зависимости средних параметров распыла от температуры газа; - исследование движения и пробоя границы жидкостей в сильных полях; - расширение фундаментальных представлений о развитии нестационарных процессов воспламенения, горения и детонации, определение реализации их режимов; - исследование затопленной струи плазмы; исследование синтеза фотоактивных микрочастиц; исследование возможности генерации фотоактивных пленок в СВЧ-плазме и возможности ее хроматографирования; исследование плазмы с жидким катодом; - моделирование химических реакций при упругих деформациях сдвига; Применялись следующие методы исследования: - расчетно-теоретический анализ; - численное моделирование с применением суперкомпьютеров; - электрические; оптические; хроматографические; Основные результаты и их новизна: - Разработана модель газоразрядных процессов с учетом и газодинамики и реакций. Показано влияние этих процессов на разряд и генерацию оксида азота. Определены параметры разряда и показано удовлетворительное согласие расчетных и экспериментальных данных. - Показано, что аналитические соотношения между радиусом, скоростью и длиной стримера в широком диапазоне значений приложенного поля согласуются с результатами численных расчетов. Показано, что рассчитанная динамика заселенностей первого и второго колебательных уровней асимметричной моды CO2 находится в разумном согласии с экспериментальными данными. - Получена зависимость среднего диаметра распыла воды и его среднего диаметра по Заутеру от статической температуры несущего газа в диапазоне от 300 К до 600 К. - Проведены исследование течения трансформаторного масла в системе электродов игла над плоскостью, разработка параллельного кода для моделирования данных течений. - Влияние ширины канала и состава смеси на процесс распространения пламени. Подход к оценке критических условий ускорения пламени в канале. Поток микрокапель способен спровоцировать генерацию возмущений фронта пламени. Получены данные о самовоспламенении водорода при его истечении под давлением в воздух. - Модели горения угля и распыла и пиролиза капель. Модель дисперсной среды, позволяющая описать движение таких сред. Модель горения твердого топлива. - Метод моделирования смешения затопленной струи плазмы. Синтез микрочастиц и формирование композитного слоя и пленок с помощью плазмы. Хроматография холодных плазменных струй. Результаты исследований разряда с жидким катодом и поведения границы жидкостей в сильном поле. - Разработан трехмерный код CSPH для моделирования воспламенения микрокристалла в поле упругих напряжений. Основные области применения: - плазмохимические и биомедицинские приложения, NO-терапия; - плазменная конверсия углекислого газа, плазмохимической обработка и синтез; - построение численной модели газокапельных течений с нагревом; - объекты электроэнергетики России, маслонаполненное оборудование; - перспективные топлива; - системы взрывобезопасности; - установки на основе горения и пиролиза угля и углеводородного топлива; Поставленные задачи полностью решены. Работы выполнены на высоком научном уровне. Полученные результаты могут быть использованы в дальнейшем для: - проектирования силовых установок с газокапельной горючей смесью; - повышения безопасности объектов электроэнергетики, маслонаполненного высоковольтного энергетического оборудования; - развития новых подходов к оценке энергоэффективности и взрывобезопасности газообразных реагирующих составов; - исследования и разработки перспективных плазменных технологий.