Управление газодинамической структурой и процессами горения при импульсно-периодическом воздействии лазерным излучением и электрическим полем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, доктор наук Тупикин Андрей Викторович

• Тупикин Андрей Викторович
• доктор наук
• 2018

Оглавление диссертации доктор наук Тупикин Андрей Викторович

Содержание

Условные обозначения

Введение

Часть 1. Газодинамика течений с импульсно-периодическим 17 энергоподводом.

Глава 1.1. Газодинамическая структура

п.1.1.1. Теория оптического пробоя, оптический пробой в движущейся 17 среде.

п.1.1.2. Экспериментальная реализация пробоя в сверхзвуковом

потоке.

Глава 1.2. Управление обтеканием тел

п.1.2.1. Обтекание тел в следе за тепловым источником

п.1.2.2. Оптический разряд как тепловой источник перед телом

Часть 2. Гидродинамические и физико-химические процессы при 85 внешнем энергетическом воздействии на горение.

Глава 2.1. Воздействие энергией лазерного излучения (гомогенное

горение).

п.2.1.1. Воспламенение гомогенной смеси

п.2.1.2. Воздействие на сформировавшееся пламя

Глава 2.2. Воздействие слабым электрическим полем на горение

п.2.2.1. Гомогенное горение

п.2.2.2. Диффузионное пламя

Заключение

Литература

Сокращения и условные обозначения

Часть I

ОПР - оптический пульсирующий разряд

МОПР - мощный оптический пульсирующий разряд

СДВ - светодетонационная волна

БВИ - быстрая волна ионизации

РВ - радиационная волна

CCD - Charge-Coupled Device (ПЗС - прибор с зарядовой связью) УВ - ударная волна ю - циклическая частота h - постоянная Планка Q - телесный угол е - заряд электрона

Е - напряженность электрического поля в электромагнитной волне

V - скорость электрона

vm - эффективная частота столкновений.

/ю - интенсивность излучения на частоте ю

U - плотность энергии излучения

S - плотность мощности излучения

Na - концентрация атомов (нейтральных частиц)

Ne - концентрация электронов

Ni - концентрация ионов

D - коэффициент диффузии

I - потенциал ионизации у - показатель адиабаты Я - газовая постоянная X - коэффициент температуропроводности Часть II

ИК, УФ - инфракрасный, ультрафиолетовый (диапазоны спектра излучения) ФЭУ - фотоэлектронный умножитель ЭП - электрическое поле И - постоянная Планка и - частота излучения

а - коэффициент избытка воздуха (окислителя) А - длина волны

и - разница потенциалов (электрический потенциал), напряжение

Введение.

Актуальность.

Управление газодинамической структурой течения и процессами горения -важные научные и практические задачи газовой динамики. В этом направлении ведутся многочисленные теоретические и экспериментальные исследования. Влияние локального интенсивного тепловыделения на структуру течения - одна из интереснейших задач газовой динамики, а в случае реакционноспособной среды сложность в ее решении возрастает.

Экспериментальное изучение физических механизмов управления параметрами сверхзвукового течения и процессами горения в широком диапазоне условий по скоростям и концентрациям с помощью внешнего энергетического воздействия является основной задачей работы. Актуальность решения подобных вопросов связана с возможными практическими приложениями, такими как: управление обтеканием тел; изменение условий стабилизации горения; сжигание обедненных топливо-воздушных смесей и другие. Результаты могут принести не только экономические выгоды, но и разрешить некоторые из экологических проблем (уменьшение выброса вредных примесей при сжигании различных топлив, изменение условий распространения звукового удара от летательных аппаратов (ЛА) и т.д.).

Изучение данной проблемы представляет собой фундаментальный интерес. Это обусловлено тем, что знание ведущих механизмов воздействия внешнего периодического энергоисточника на физико-химические и гидродинамические процессы при сжигании газообразных топлив в потоках окислителя, может быть использовано при разработке технологий управления сверхзвуковым обтеканием тел и горением в широком диапазоне условий по скоростям и концентрациям.

Тематика работы относится к приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в РФ «Транспортные и космические системы» и «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика» и связана с развитием критических технологий «Технологии создания ракетно-космической и

транспортной техники нового поколения» и «Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе».

Работа выполнялась в рамках:

- Фундаментальных научных исследований СО РАН (Проект Ш.19.5.4. «Нестационарные физические процессы в до-, транс- и сверхзвуковых течениях с подводом энергии и горением» и Проект Ш.22.6.24. «Изучение способов воздействия на до-, транс- и сверхзвуковые течения применительно к управлению эффективностью горения в камерах сгорания прямоточных двигателей, процессов тепловой защиты и внешним обтеканием»);

- Грантов Российского Фонда Фундаментальных Исследований (№ 93-0215352, 96-01-01947, 99-01-00494, 02-01-00434, 05-01-00560, 08-01-00582, 09-0800998 и 11-01-00158);

- Научной программы Отделения РАН № 1, «Фундаментальные проблемы горения и детонации в энергетике» (Проект № 1.2 «Применение электрических полей для управления горением неперемешанных и частично перемешанных с окислителем углеводородных топлив»).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление газодинамической структурой и процессами горения при импульсно-периодическом воздействии лазерным излучением и электрическим полем»

Цель работы.

- Экспериментально изучить воздействие оптического разряда на газодинамическую структуру течения с целью управления аэродинамическими характеристиками тел, летящих со сверхзвуковой скоростью (М=2):

• Изучить влияние характеристик лазерного излучения на режим взаимодействия плазменного образования со сверхзвуковым потоком;

• Определить условия эффективного управления аэродинамическими характеристиками обтекаемых тел с помощью сфокусированного лазерного излучения;

• Установить ведущий физический механизм воздействия оптического разряда на обтекание тел в сверхзвуковом потоке.

- Экспериментально исследовать влияние импульсно-периодического сфокусированного лазерного излучения и электрического поля на процессы воспламенения и стабилизации пламени топливо-воздушных смесей с целью

выявления ведущих механизмов воздействия на горение внешних энергоисточников и разработки новых принципов эффективного управления.

• Реализовать воспламенение топливо-воздушной смеси в до- и сверхзвуковом течении сфокусированным лазерным излучением и определить ведущие механизмы в зависимости от режима воздействия излучения на поток (оптический разряд и беспробойная фокусировка);

• Определить пределы стабилизации пламени бедных топливо-воздушных смесей под воздействием импульсно-периодического сфокусированного лазерного излучения.

• Используя физические представления, основанные на зависимости турбулентной скорости распространения пламени от коэффициента турбулентного обмена и физико-химических свойств смеси, изучить процесс стабилизации горения на области фокусировки излучения при пробое среды и без него;

• Экспериментально исследовать влияние слабых электрических полей на процесс горения бедных гомогенных топливо-воздушных смесей в низкоскоростных потоках газа для улучшения стабилизации пламени;

• На основе экспериментальных данных и анализа классических представлений о влиянии электрических полей на горение определить особенности электродинамического механизма воздействия на пламя бедной гомогенной топливо-воздушной смеси;

• Найти критерий подобия для условия стабилизации поднятого факела в спутном потоке окислителя под воздействием внешнего электрического поля аксиальной симметрии.

Направления исследований.

1. Поиск и развитие новых принципов управления обтеканием тел, основанный на применении внешних энергоисточников.

2. Экспериментальное исследование газодинамики течений с импульсно-периодическим энергоподводом.

3. Изучение гидродинамических и физико-химических процессов при внешнем энергетическом воздействии на процесс горения.

4. Анализ механизмов воздействия энергоисточников на процессы горения и стабилизации пламени.

5. Разработка схем управления течениями и процессами горения, основанными на принципах внешнего энергетического воздействия.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе применялись различные методы диагностики, что связано с широким спектром рассматриваемых вопросов. В экспериментах с теплоисточником в сверхзвуковом потоке применялись теневые схемы с различными источниками подсветки, проводились измерения силы, действующей на модель. Для диагностики процессов горения применялась спектрозональная съемка на длинах волн радикалов СН*, ОН* и С2*, PIV. Контроль расхода газов осуществлялся расходомерами «El-Flow», имеющими выход на РС и дающими точность не хуже 1%.

Достоверность полученных результатов подтверждена применением комплексной диагностики; сравнением с результатами, полученными другими авторами; применением регрессивного анализа данных и их критериального обобщения, в тех случаях, когда это было возможно; сравнение экспериментальных и расчетных данных. Представленные в работе данные дополняют друг друга, создавая целостность проведенного исследования.

На защиту выносится:

- Результаты экспериментального исследования воздействия оптического разряда на газодинамическую структуру течения с целью управления аэродинамическими характеристиками тел, летящих со сверхзвуковой скоростью (М=2):

• Связь параметров лазерного излучения и газодинамических характеристик течения с режимом взаимодействия плазменного образования со сверхзвуковым потоком;

• Условия эффективного управления аэродинамическими характеристиками обтекаемых тел с помощью сфокусированного лазерного излучения;

• Количественное подтверждение ведущей роли теплового механизма воздействия оптического разряда на обтекание тел в сверхзвуковом потоке.

- Результаты экспериментального исследования влияния импульсно-периодического сфокусированного лазерного излучения и электрического поля на процессы воспламенения и стабилизации пламени топливо-воздушных смесей.

• Реализация воспламенения топливо-воздушной смеси в до- и сверхзвуковом течении сфокусированным лазерным излучением

• Определение ведущих механизмов в зависимости от режима воздействия излучения на поток (оптический разряд и беспробойная фокусировка);

• Полученные зависимости турбулентной скорости распространения пламени от отношения коэффициента турбулентного обмена к характерному времени горения при стабилизации горения;

• Расширение пределов стабилизации пламени по концентрации и скорости течения под воздействием импульсно-периодического сфокусированного лазерного излучения до 100% в зависимости от рода топлива.

• Экспериментальное подтверждение интенсификации горения под воздействием слабых электрических полей.

• Особенности электродинамического механизма воздействия поля на пламя, связанные с растяжением фронта горения;

• Критерий подобия для условия стабилизации поднятого факела в спутном потоке окислителя под воздействием внешнего электрического поля аксиальной симметрии.

Научная новизна.

Впервые реализован квазистационарный режим горения оптического разряда в сверхзвуковом потоке газа (М=2) и получены экспериментальные данные о свойствах следа за областью поглощения лазерного излучения и влиянии на аэродинамическое сопротивление тел, находящихся ниже по потоку.

При сверхзвуковом истечении в затопленное пространство впервые осуществлено с помощью оптического пробоя воспламенение метано-воздушной смеси в до- и сверхзвуковой области течения, что подтверждено теневой и спектрозональной регистрацией (на длинах волн радикалов ОН* и СН*).

Применение комплексной регистрации (спектрозональная съемка, томографическое восстановление распределения интенсивности собственного излучения пламени, Р1У) процесса горения при импульсно-периодическом воздействии электрического поля дало новую качественную и количественную информацию о динамике фронтов пламени гомогенной смеси и физических механизмах управления сжиганием газообразных углеводородов.

Предложен новый критерий для анализа условий стабилизации поднятого факела в спутном потоке окислителя под воздействием внешнего электрического поля.

Практическая ценность.

Работа по теме диссертации выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института теоретической и прикладной механики СО РАН по темам: «Изучение газодинамики течения при подводе массы, энергии вблизи обтекаемой поверхности и горения в ограниченном сверхзвуковом потоке» (п. 4.5.2.3.1) и «Нестационарные физические процессы в до-, транс- и сверхзвуковых течениях с подводом энергии и горением» (п.3.19.5.4), в рамках хоздоговорной деятельности с НИПР и МИЭФ по теме «Планета-2», грантов РФФИ № 93-02-15352, № 96-01-01947, № 99-01-00494, № 08-01-00582, № 11-0100158 и программы фундаментальных исследований «Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления» РАН № 1 «Фундаментальные проблемы горения и детонации в энергетике» (проект 1.2). Результаты представлялись на научных мероприятиях различного уровня.

Полученные в экспериментах данные о развитии плазмы оптического разряда и связь характеристик лазерного излучения с режимом воздействия на поток могут быть использованы в расчетно-теоретических исследованиях для моделирования тепловых источников, а также служить отправным пунктом для

прогнозирования влияния теплоисточников на реальные ЛА различного назначения.

Знания о физических механизмах воздействия энергоисточников (лазерное излучение и электрические поля) на процессы горения являются необходимыми для разработки новых принципов и способов повышения эффективности сжигания топлив в различных силовых и энергетических устройствах (камерах сгорания двигателей, горелок для сжигания газообразных топлив).

Личный вклад автора.

Данные, представленные в работе, получены Тупикиным А.В. в составе различных авторских коллективов. Исследования по воздействию электрического поля на горение велись под его руководством. Автор принимал непосредственное участие в подготовке и проведении экспериментов. Представленные в диссертации анализ полученных данных, рабочие гипотезы для описания физических процессов и заключения о ведущих механизмах управления с помощью импульсно-периодических энергоисточников аэродинамикой при сверхзвуковом обтекании тел и процессами горения в газовых потоках принадлежат Тупикину А.В. Представление материалов диссертации согласовано с соавторами.

Апробация работы проведена в рецензируемых журналах «Combustion and Flame» «Вестник НГУ», «Химическая физика» «Математическое моделирование, Аэродинамика и Физическая Газодинамика», международных журналах «Известия РАН. МЖГ», «Теплофизика и Аэромеханика», «Физика горения и взрыва». Основные результаты диссертационной работы докладывались на российских и международных научных конференциях и семинарах (> 50), таких как: Международные школы-семинары «Модели и методы аэродинамики» (20062017 г.), Минские международные коллоквиумы по физике ударных волн, горения и детонации (2013-2017 г.), Международные семинары по структуре пламени (2005-2017 г.), Всероссийские съезды по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (2001-2015 г.), Международные конференции по методам аэрофизических исследований (2000-2016 г.) и другие.

Сделан доклад по теме диссертации на видео- семинаре по аэромеханике ЦАГИ -ИТПМ СО РАН - СПбГПУ - НИИМ МГУ.

Публикации.

Результаты работы представлены в статьях рецензируемых журналов (12) и в докладах на научных мероприятиях различного уровня (~ 50).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, двух частей, каждая из которых содержит по две главы, заключения и библиографии из 104 наименований. Общий объем работы 196 страниц, включая 81 рисунков и 6 таблиц.

Состояние и тенденции развития научного направления.

Управление газодинамической структурой течения и процессами горения важные научные и практические задачи газовой динамики. В этом направлении ведутся многочисленные теоретические и экспериментальные исследования. Известно множество способов воздействия на течение, как пассивных, например использование конструктивных элементов летательного аппарата (ЛА): аэродинамическая игла, изменяемая форма элементов управления полетом, так и активных газодинамических, когда в поток вблизи поверхности ЛА инжектируется инертная (газообразная, жидкая либо содержащая твердые частицы) или химически активная масса. В частности, в ИТПМ СО РАН изучалось влияние массоподвода и горения в передних и донных отрывных зонах на сверхзвуковое обтекание тел. Можно отметить, что применение аэродинамической иглы с горением оказалось эффективнее использования того же топлива в прямоточном двигателе [1]. В конце 60-х годов в различных странах активно велась работа по созданию сверхзвукового пассажирского самолета. Много исследований проводилось по снижению интенсивности звукового удара. В качестве одного из способов предлагалось изучить возможность управления обтеканием с помощью создания электрических полей вблизи несущих поверхностей ЛА. Проведенные опыты и теоретические оценки показали неэффективность такого подхода. С другой стороны, в работе [2] было получено существенное увеличение импульса головной ударной волны (УВ) от тела путем

организации горения водорода вблизи тела и показано, что этот эффект сохраняется при удалении от тела на большие расстояния. Т.е. создавая тепловые неоднородности вблизи поверхности ЛА, можно изменить интенсивность головной УВ. Таким образом, локальное изменение условий обтекания отдельных элементов, включая случаи тел с хорошо обтекаемой формой, представляет новое направление в вопросах управления полетом.

В начале 90-ых годов появились работы по изучению сверхзвукового полета тел через ионизованную среду, которые показали возможность значительного воздействия на структуру обтекания [3-5]. Снова были подняты вопросы, связанные с влиянием ионизации на газодинамические процессы. Однако в представленных опытах использовались только затупленные тела и, как правило, создание ионизованной среды сопровождалось изменением поступательной температуры потока, что не позволило однозначно выделить степень влияния ионизации.

В настоящее время техника и технология создания генераторов микроволновой (лазерной) энергии получила мощное развитие, и применение бесконтактных способов создания источников энерговыделения в потоке газа стало реально осуществимым. Например, применения лазерной системы зажигания для улучшения работы двигателя внутреннего сгорания [6,7]. Многие исследователи обратились к теме изучения воздействия внешнего источника тепловыделения на газодинамику сверхзвуковых течений и обтекания тел [8-12]. Результатом стало развитие практически нового направления в науке - «магнито-плазменной аэродинамики». Создание технологических лазеров большой мощности позволило реализовать источники энерговыделения в высокоскоростных потоках газа, включая сверхзвуковые режимы течения [13-15]. Одна из возникших задач - это экспериментальное исследование воздействия оптического разряда на газодинамическую структуру течения с целью управления аэродинамическими характеристиками тел, летящих со сверхзвуковой скоростью. Таким образом, необходимо:

• изучить влияние характеристик лазерного излучения на режим взаимодействия плазменного образования со сверхзвуковым потоком;

• определить условия эффективного управления аэродинамическими характеристиками обтекаемых тел с помощью сфокусированного лазерного излучения;

• установить ведущий физический механизм воздействия оптического разряда на обтекание тел в сверхзвуковом потоке.

Следует отметить, что энергию лазерного излучения легко транспортировать в нужное место потока, не загромождая его вспомогательными устройствами. В связи с этим все большее внимание исследователей уделяется управлению химическими реакциями и горением с помощью лазерного излучения. Задачи о воздействии лазерного излучения на процессы горения включают в себя: управление воспламенением, устойчивостью пламени, составом продуктов сгорания и т.д. Изучению этих вопросов посвящено множество работ [16-22], в которых рассмотрены различные топливо-воздушные смеси и условия горения. Данные явления представляют комплекс физико-химических и газодинамических процессов, полное понимание которые пока затруднено. Наиболее полно обзор результатов по применению сфокусированного лазерного излучения для воздействия на реагирующие смеси изложен в работе [19], где сформулирован ряд задач, в частности по определению критической (минимальной) энергии необходимой для осуществления пробоя, длительности импульса и темпа нарастания его переднего фронта, а также по влиянию скорости потока и турбулентности. Исследования по газодинамическим и кинетическим особенностям лазерного воспламенения ограничены и, в основном, связаны с движением топливо-воздушной смеси с малыми скоростями. Необходимо особо отметить, что работ по изучению возможности инициирования горения и условий стабилизации пламени в сверхзвуковом потоке горючей смеси ранее не проводилось, если речь идет не о режиме детонационного горения. При этом всегда создается область с дозвуковым течением, где и осуществляется поджог и стабилизация пламени. В связи с этим, основными задачами являются:

• реализация воспламенения топливо-воздушной смеси в высокоскоростном до- и сверхзвуковом течении сфокусированным лазерным излучением;

• определение ведущих механизмов в зависимости от режима воздействия излучения на поток (оптический разряд и беспробойная фокусировка).

Наряду с лазерным излучением, в качестве внешнего источника энергии может быть использовано постоянное либо импульсно-периодическое электрическое поле. Эффекты, связанные с воздействием электрических полей на процесс горения, так же представляют научный интерес и могут быть использованы для управления стабилизацией и горением различных топлив. Многочисленные экспериментальные исследования [23-29] указывают на значительное влияние слабых электрических полей на процессы горения. Отдельно следует упомянуть о трудностях связанных с диагностикой структуры пламени (на пример см. [30]). Воздействие электрического поля на пламя может привести к расширению пределов воспламенения и горения; изменению скорости горения; реализации горение бедных топливно-воздушных смесей, не горящих в нормальных условиях; стабилизации и дестабилизации пламени; снижению температуры горения и сокращению количества выбросов вредных веществ (например, NOx, CO) и т.д. Несмотря на изобилие работ в этом направлении, остается неразрешенным вопрос о влиянии слабых электрических полей на кинетику реакций и ведущих механизмах управления горением. Так же нет общих методов и критериев переноса решения задач с лабораторных установок на реальные технологические устройства.

Изучение влияния источников энерговыделения на газодинамику течений и процессы горения ведет к решению ряда научных и технических вопросов, являющихся актуальным в настоящее время.

Выводы.

1. Комплекс физико-химических и газодинамических процессов при воздействии лазерного излучения на высокоскоростные течения, включая случай реакционноспособной среды, сложен и исследован недостаточно.

2. Исследования по газодинамическим и кинетическим особенностям лазерного воспламенения ограничены и, в основном, связаны с движением топливо-воздушной смеси с малыми скоростями.

3. Остается до конца неразрешенным вопрос о ведущих механизмах управления горением влияния слабыми электрическими полями.

4. Отсутствуют методы и критерии переноса решений задач о воздействии на горение электрических полей с лабораторных установок на реальные технологические устройства

Часть 1. ГАЗОДИНАМИКА ТЕЧЕНИЙ С ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИМ ЭНЕРГОПОДВОДОМ.

Эта часть работы посвящена изучению воздействия сфокусированного лазерного излучения на сверхзвуковые течения, включая управление обтеканием тел.

Целью исследований является: определение связи параметров лазерного излучения и газодинамических характеристик течения с характером взаимодействия оптического разряда с потоком; поиск условий эффективного управления аэродинамическими характеристиками обтекаемых тел; подтверждение ведущей роли теплового механизма воздействия оптического разряда на обтекание тел.

Глава 1.1. Газодинамическая структура.

Содержит результаты цикла экспериментальных исследований воздействия сфокусированного лазерного излучения с пробоем среды на структуру газового потока.

п.1.1.1. Теория оптического пробоя, оптический пробой в движущейся среде.

Ниже представлен реферативный обзор теории оптического разряда с учетом обоснования условий экспериментов и выбранной диагностики.

Впервые об эффекте оптического пробоя среды сообщили Maker H.D., Terhune R.W., Savage C.M. в 1963 [31]. Это стало возможным в связи с появлением лазеров с модулированной добротностью, которые давали значительную пиковую мощность в импульсе. Новое явление вызвало огромный интерес и стремительное экспериментальное и теоретическое изучение. Подавляющая часть материала по оптическому пробою была получена еще в 60-ых годах, тогда же в основном была построена и теория [32]. Первым вопросом стало определение механизмов ионизации при пробое. Непосредственная ионизация атомов излучением возможна за счет туннельного эффекта и при многоквантовом фотоэффекте. Оказалось, что при высоких давлениях уровни энергии для ионизации фотоэффектом, значительно выше, чем полученные в

опытах. На основании этого было предположено, что причиной пробоя является лавинная ионизация. Таким образом, основной сформировавшейся и развитой теорией оптического пробоя стал механизм электронной лавины. Скорость развития электронной лавины определяется в первую очередь скоростью нарастания энергии электрона в процессе поглощения и вынужденного испускания квантов при столкновении с атомами.

Ниже в реферативном виде приведены оценки пороговых характеристик лазерного излучения для пробоя неподвижной среды, взятые из работы Ю.П. Райзера [32].

При описании СВЧ-разрядов скорость нарастания энергии электрона в электромагнитной волне определяется при условии, что екол >> На, екол - энергия колебаний. Свободный изолированный электрон осциллирует в поле, и средняя

е 2 Е1 /

кинетическая энергия колебаний екол = у^ 2 . При упругих столкновениях

электрона с некоторой тяжелой частицей изменяется направление его движения, а 2т

часть энергии (—) теряется (т - масса электрона, М - частицы). Для

М

определения прироста энергии электрона в единицу времени воспользуемся упрощением, где вместо периодических соударений с атомами на электрон действует непрерывная во времени сила трения, которая эквивалентным образом рассеивает начальный импульс электрона. Эта сила равна среднему изменению

импульса в единицу времени У =< ту >, тс - среднее время между

/ ^ С

столкновениями. Уравнение движения электрона запишется в виде:

ту = -туут - еЕ, Е = Е0 ), (1.1)

■ут - эффективная частота столкновений.

Отсюда можно получить скорость нарастания энергии электрона в единицу времени:

гс1еЛ е 2 Е„г

Ж

О т/ (1.2)

Vи. УЕ /2т(а2 +У2т) ( )

И тогда с учетом потерь при столкновениях:

Г

V й у Е

е2 Е0

1т£/

2т(ю2 +у2т)

V»

(1.3)

Для случая электрона в поле монохроматического излучения /ю с энергией в > Иш средняя скорость нарастания энергии

йе

Ж

= \Ыа [аа(е) - Ьа(е)й&,

йе Ж

еШа [аа(е) - Ьа(е)\

(1.4)

и =1Л ¡юйюйп,

яю(в) и Ью(в) - коэффициенты поглощения и испускания, они связаны соотношением

ЬАе')

Ге\ /2

Vе У

аЛе),

(1.5)

В = в+ Иш, В и в - энергии до и после испускания кванта электроном. Соотношение (1.5) можно получить из принципа детального равновесия при полном термодинамическом равновесии, считая распределение по скоростям распределением Максвелла, а для интенсивности излучения взяв формулу Планка.

Делая переход к классическому пределу Иш ^ да, получаем:

М[аа(е) - Ьа(е)] = М

а.

,(е) -(1 - ае (е- Ню)

Ню 2е

аю(е) •

При условии независимости частоты столкновений от энергии электрона

/ N 4яе2ут / аю(е) = ПМате(ю2 + ^ ) ,

а также из оценки коэффициента поглощения электромагнитной волны

слабоионизованным газом с учетом, что и =Е , Е = л/2Е0 -

среднеквадратичное значение напряженности поля, приходим к формуле (1.2). Несмотря на квантовый характер взаимодействия для излучения СО2-лазера (Л,=10.6 мкм, Иш =0.124 эВ) энергия кванта излучения много меньше потенциалов ионизации (е ~ 10 эВ) и можно использовать формулу (1.2).

В простейшем случае, не учитывая потерь на возбуждение и рассматривая процесс нарастания энергии, как описано ранее, частота ионизации будет определятся временем, необходимым для приобретения электроном энергии от «нуля» до потенциала ионизации (I)

1 Же г = '

Это выполнено в предположении о том, что электрон, получив достаточную энергию, мгновенно ионизует атом.

Считая ответственным процессом за потери электронов диффузию, вероятность потерь

уи =-/ * 2

Л2 ,

где Б - коэффициент диффузии, Л - характерный размер системы (области пробоя). Т.к. интерес представляет диффузия при малых плотностях электронов, можно брать коэффициент свободной диффузии

п = 1тУ/ = у V

° = /3 = Ат '

где 1т - длина пробега электрона. Изменение числа электронов

UNе/ { ЧЛГ и при начальной плотности затравочных электронов

Ne = Nо ехр( ув),

где в = (у -у)- постоянная времени лавины. Условие для нестационарного пробоя можно записать в виде приближенного равенства

в"1 = у (у) -у, - £п 1п(V,),

N0

^имп - длительность импульса, N и N - начальная и конечная концентрации

13

электронов (N[/N0 ~ 10 ). Данное условие определяет минимальное значение длительности импульса, при условии достаточной для пробоя плотности мощности излучения.

В случае плотной среды пороговое значение интенсивности излучения можно определить из максимальной энергии электрона с учетом (1.3):

е =

тах

Ме2 Е02

4т 2(ю2 У

Если £тах < I, пробой невозможен в принципе. Для учета в процессе нарастания энергии электрона необходимо учитывать и неупругие потери, их влияние аналогично. Неупругие столкновения происходят гораздо реже, но при этом потери энергии более существенны. Формула (1.3) приобретет вид:

(е

к и

/ Е

2 772 е Е0

_ 2те/

2т(а2 У) УМ

^т - Ч(1 ,е),

(1.6)

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Тупикин Андрей Викторович, 2018 год

Литература

1. Баев В.К., Головичев В.И., Третьяков П.К. и др. Горение в сверхзвуковом потоке. - Новосибирск: Наука, 1984.

2. V.F.Chirkashenko, P.K.Tretyakov и др. // Inter. Confer. On the Methods of Aerophysical Research, Novosibirsk, 1998, Part III, pp. 114-118.

3. Мишин Г.И., Серов Ю.Л., Явор И.П. Обтекание сферы при сверхзвуковом движении в газоразрядной плазме // Письма в ЖТФ. - 1991. - Т. 17. - В.11. - С. 65-71.

4. Климов А.И., Гридин А.Ю, Мишин Г.И., Федотов А.Б., Шаховатов В.А. Распространение ударных волн в нестационарном тлеющем разряде // Письма в ЖТФ. - 1989. - Т. 15. - В. 20.- С. 31-36.

5. Гридин А.Ю., Климов А.И. и др. Двумерное моделирование распространения ударной волны в поперечном импульсном тлеющем разряде с прогретым катодным слоем // ТВТ. - 1994. - Т. 32. - №.6.- С. 809-812.

6. «Laser ignition for automotive engines» United States Patent 6514069

7. А.А. Андронов, В.А. Гурин, А.В. и др. Лазерное зажигание в двигателях внутреннего сгорания: безыскровый поджиг // Письма в ЖТФ, 2014, том 40, вып. 15, с. 66-70

8. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Сверхзвуковое обтекание тел при наличии внешних источников тепловыделения // Письма в ЖТФ. - 1988. - Т. 14

- В. 8. - С. 684-687.

9. Левин В.А., Терентьева Л.В. Сверхзвуковое обтекание конуса при теплоподводе в окрестности его вершины // Изв. АН СССР, Сер. МЖГ. - 1993.

- № 2. - С. 110-114.

10. Гридин А.Ю., Ефимов Б.Г., Забродин А.В., Климов А.И. и др. Расчетно-экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания затупленного тела с иглой при наличии электрического разряда в его головной части. М. 1995. -31с. - (Препринт / ИПМ им. М.Ф.Келдыша РАН; № 19).

11. Знаменская И.А., Сысоев Н.Н., Цзинь Ц. О двух режимах воздействия импульсного объемного разряда на ударную волну // Письма в ЖТФ. - 2013. -Т. 39 - №9. - С. 28-33.

12. . В. А. Битюрин, А. В. Ефимов, П. Н. Казанский, А. И. Климов, И. А. Моралев Управление аэродинамическим качеством модели крылового профиля NACA 23012 с помощью поверхностного высокочастотного разряда // ТВТ. -2014. - Т. 52 - №4. - С. 504-511.

13. G.N. Grachev, A.G. Ponomarenko, A.L. Smirnov, V.B. Shulyat'ev. Multifunctional 3 kW CO2 laser with controllable spectral and temporal characteristics for industrial and scientific applications // Proc. of SPIE, 4165 (2000), p. 185-196

14. Третьяков П.К., Грачев Г.Н., Иванченко А.И. и др. Сверхзвуковое обтекание конуса при теплоподводе в окрестности его вершины // ДАН. - 1994. - Т. 336. - № 4. - С. 466-467.

15. Третьяков П.К., Гаранин А.Ф., Грачев Г.Н. и др. Управление сверхзвуковым обтеканием тел с использованием мощного оптического пульсирующего разряда // ДАН. - 1996. - Т. 351. - № 3. - С. 339-340.

16. Tanoff M A, Smooke M D, Teets R E and Sell J A Computational and experimental studies of laser-induced thermal ignition in premixed ethylene-oxidizer mixtures // Combustion and Flame. 1995. vol. 103, № 4, p. 253-280.

17. Молин Ю.Н., Панов В.Т., Петров А.К. Инфрокрасная фотохимия Новосибирск: Наука, 1985.

18. Chou M and Zukowski T J Ignition of H2/O2/NH3, WAir/NH and CH4/O2/NH3 mixtures by eximer-laser photolysis of NH3 // Combustion and Flame 1991. vol.87, № 2, p.191-202

19. Phouc T X and White F P Laser-induced spark ignition of CWAir mixtures // Combustion and Flame 1999. vol.119, № 3, p. 203-216

20. Старик А.М., Титова Н.С. О возможности интенсификации цепных реакций в горючих смесях при возбуждении электронных состояний молекул О2 лазерным излучением // Доклады академии наук, 2003, т.391, №4, с.471-477

21. Bezgin, L.V., V. I. Kopchenov, P. S. Kuleshov, N. S. Titova, and A. M. Starik. Numerical study of combustion initiation in a super-sonic flow of H2-air mixture by resonance laser radiation.// J. Phys. D: Appl. Phys. (2012). 45:085401. 18p.

22. Труды 5-го Совещания по магнитной и плазменной аэродинамике в аэро-космических приложениях, Москва, ИВТ РАН, 7-10 апреля 2003г.

23. H.F. Calcote, C.H. Berman // Proc. ASME Fossil Fuels Combustion PD-25 (1989) 25-31.

24. Sepp, V. A., Ulybyshev, K. E. Experimental Investigation of the Emission Characteristics of Laminar Diffusion Flames in Constant Electric Field of Different Polarity // High Temperature 35, p. 815-817 (1997).

25. Ватажин А.Б., Лихтер В.А., Сепп В.А., Шульгин В.И. Влияние электрического поля на эмиссию окислов азота и структуру диффузионного ламинарного пропанового пламени. // Изв. РАН МЖГ, № 2. рр. 13-23, 1995.

26. Sepp, V. A., Ulybyshev, K. E. Experimental Investigation of the Emission Characteristics of Laminar Diffusion Flames in Constant Electric Field of Different Polarity // High Temperature v.35, p. 815-817 (1997).

27. E.N. Volkov, V.N. Kornilov, L.P.H. de Goey Experimental evaluation of DC electric field effect on the thermoacoustic behaviour of flat premixed flames // Proceedings of the Combustion Institute 2013, V. 34, Iss. 1, р. 955-962.

28. D C Murphy , M S Sanchez-Sanz , C Fernandez-Pello An experimental and numerical study of flames in narrow channels with electric fields // Journal of Physics: Conference Series 557 (2014) 012076 doi:10.1088/1742-6596/557/1/012076.

29. Inesa Barmina, Aleksandrs Cipijs, Janis Valdmanis, Raimonds Valdmanis, Maija Zake Electric field effect on biomass combustion characteristics // Engineering for rural development Jelgava, 20.-22.05.2015. p.516-521.

30. Дулин В. М., Маркович Д. М., Токарев М. П., Чикишев Л. М. Применение современных оптических методов для диагностики пространственной структуры турбулентных пламён // Автометрия 2012., Т.48., №3, с. 22-32.

31. Maker H D, Terhune R W, Savage C M in Quantum Electronics: Proc. of the 3rd Intern. Congress, Paris, France, 1963 (Eds P Grivet, N Bloembergen) (Paris: Dunod; New York: Columbia Univ. Press, 1964) p. 1559

32. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. - М.: Наука, 1974.

33. Фишер В.И. Конкуренция режимов распространения сверхзвукового разряда по лазерному лучу // Высокочастотный разряд в волновых полях. -Горький, 1988. - С. 230.

34. Фишер В.И., Хараш В.М. О быстрой волне ионизации газа в лазерном луче // ЖЭТФ, 1982, т.83, №5, с.1738-1746.

35. Фишер В.И. О быстрой волне ионизации в луче мощного лазера // ЖЭТФ, 1980, т.79, №6, с.2142-2151.

36. Зельдович Я.Б., райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений / Москва:»Наука», 1966

37. Фриш С.Э. Оптические спектры атомов / М.: Государственное издательство физ-мат литературы, 1963. - 640 с.

38. А. Р. Стриганов, Н. С. Свинтицкий. Таблицы спектральных линий нейтральных и ионизованных атомов (H, He, Li, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Al, Si, Cl, Ar, K, Ca, Ti, Fe, Cu, Kr, Xe, Cs). / Москва: Атомиздат, 1966.

39. Технологические лазеры: справочник под общ. ред. Абильшинова Г.А. -М., Машиностроение, 1991, Т.1, с. 156

40. Голов В.К., Иванченко А.И., Крашениннеков В.В., Пономаренко А.Г., Шепеленко А.А., Шулятьев В.Б. // Изв. СО АН СССР, сер. Техн. -1986. -в.2. -с.87-91

41. Gobbi P.G., Rlali G.C. //Optic Comms, 1984. - V.52. - p.195

42. Грачев Г.Н., Иванченко А.И., Смирнов А.Л., Шулятьев В.Б. // Квант. Электроника. - 1991. - В.18. - №1. - с.131-133

43. Паничкин И.А., Ляхов А.Б. Основы газовой динамики и их приложения к расчету аэродинамических труб

44. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика - М.: Наука, 1991

45. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике - М.: Наука, 1967

46. Яковлев В.И. «Энергообмен в сверхзвуковых газоплазменных течениях» докторская диссертация, Новосибирск, ИТПМ СО РАН, 2009

47. Зудов В.Н. «Численное моделирование аэрогазодинамики элементов летательного аппарата и вихревых течений с энергоподводом» докторская диссертация, Новосибирск, ИТПМ СО РАН, 2007

48. I. G. Dors and C. G. Parigger Computational fluid-dynamic model of laser-induced breakdown in air // APPLIED OPTICS, 2003, Vol. 42, No. 30 p.5978-5985

49. Белоконь В.А., Руденко О.В., Хохлов Р.В. Аэродинамические явления при сверхзвуковом обтекании лазерного луча // Акустический журнал. - 1977. -Т. XXIII - В.4 - С. 632-634.

50. Федоренко А.Т. О генерации нелинейных волн в сверхзвуковом потоке объемными источниками тепловыделения // Акустический журнал. - 1986. - Т. XXXII. - В.4. - С. 230-234.

51. Артемьев В.И., Бергельсон В.И., Немчинов И.В. и др. Глобальная перестройка газодинамических течений с помощью тонких лазерных лучей // Изв. АН СССР. - Сер. физ. - 1991. - Т. 55. - № 6. - С. 1184-1187.

52. Artem'ev V.I., Bergelson V.I., Nemchinov I.V. etc. Rearrangement of the bow shock shape using a "hot spike" // Shock Waves. - 1994. -Vol. 4- № 1. - P. 35-40.

53. Лашин А.М., Стариковский А.Ю. Устойчивость взаимодействия УВ с энтропийными слоями // ТВТ - 1996. - Т. 34, № 1, С. 98-108.

54. Артемьев В.И., Бергельсон В.И., Немчинов И.В., Орлова Т.И. и др. Изменение режима сверхзвукового обтекания препятствия при возникновении перед ним тонкого разреженного канала. //МЖГ - 1989. - №5

55. Артемьев В.И., Бергельсон В.И., Калмыков А.А., Немчинов И.В., Орлова Т.И. и др. Развитие предвестника при взаимодействии ударной волны со слоем пониженной плотности. //МЖГ - 1988. - №2

56. Артемьев В.И., Бергельсон В.И., Медведюк С.А., Немчинов И.В., Орлова Т.И. и др. Вихревые течения, индуцированные взаимодействием ударной волны с тонкими каналами конечной длины и пониженной плотности. // МЖГ - 1993. - №3

57. Борзов Ю.В., Михайлов В.М., Рыбка И.В., Савищенко Н.П., Юрьев А.С. Экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания препятствия при энергоподводе в невозмущенный поток. //Инженерно-физический журнал -1994. - Т.66 - №5

58. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Сверхзвуковое обтекание тела при подводе тепла перед ним // Тр. МИ АН СССР. Современные математические проблемы механики и их приложения. - 1989. - Т. 186 - С. 197-201.

59. Борзов В.И., Рыбка И.В., Юрьев А.С. Оценка энергозатрат при снижении лобового сопротивления тела в сверхзвуковом потоке // ИФЖ. -1992. - Т. 63. - № 6. - С. 659-664

60. Борзов В.И., Рыбка И.В., Юрьев А.С. Влияние локального энергоподвода в гиперзвуковой поток на лобовое сопротивление тел с различным затуплением // ИФЖ. - 1994. - Т.67. - N5-6.- С. 355-361.

61. А.Ф. Латыпов, В.М. Фомин Оценка энергетической эффективности подвода тепла перед телом в сверхзвуковом потоке // ПМТФ, 2002, т.43, №1, с. 71-75

62. А.Ф. Латыпов. Оценка энергетической эффективности подвода тепла перед летательным аппаратом при сверхзвуковом полете с ускорением (Часть

1). // Теплофизика и аэромеханика, 2008, т.15, №4, с. 573-584

63. А.Ф. Латыпов. Оценка энергетической эффективности подвода тепла перед летательным аппаратом при сверхзвуковом полете с ускорением (Часть

2). // Теплофизика и аэромеханика, 2009, т.16, №1, с. 1-12.

64. Georgievsky Yu.P., Levin V.A. Unsteady effects for a supersonic flow past pulsing energy source of high power // ICMAR: Proc.Pt.II - Novosibirsk,1998. -P.58-64

65. Zudov V.N. The developman of a wake of an impulsively periodic source of energy // ICMAR:Proc.Pt.III - Novosibirsk,2000. -P.162-167

66. Бычков В.Л., Грачев Л.П., Есаков И.И., Дерюгин А.А., Забродин А.В., Климов А.И. и др. Расчетно-экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания затупленного тела при наличии электрического разряда. М. 1997. -31с. - (Препринт / ИПМ им. М.Ф.Келдыша РАН; № 27).

67. Бедин А.П., Мишин Г.И. Баллистические исследования аэродинамического сопротивления сферы в ионизованном воздухе // Письма в ЖТФ. - 1995. - Т. 21. - В. 1. - С. 14-19.

68. Мишин Г.И. Полное давление за ударной волной в слабоионизированном воздухе // Письма в ЖТФ. - 1994. - Т. 20. - В. 21. - С. 9.-15.

69. Гридин А.Ю., Климов А.И. Структура ударной волны в неравновесной плазме (выделение энергии, запасенной в разрядной плазме за ударной волной) // Хим.Физика - 1993. - Т. 12. - №3. - С. 316.

70. Бедин А.П. Об особенностях течений низкотемпературной газоразрядной плазмы // Письма в ЖТФ. - 1997. - Т. 23. - В. 16. - С. 88-93.

71. Юренев В.Н., Лебедева П.Д. Теплотехнический справочник - М.: Энергия, 1976

72. Лебедев А.Л., Чернобровкин Л.С. Динамика полета -М.: Машиностроение, 1973

73. Mori, S. and Yoshikawa, N, and Hayashi, K., Volumetric Ignition Triggered by Hot Jet Injection, // Proc. 16th ICDERS, pp.557-560, 1997

74. Mori, S., Yoshikawa, N., and Hayashi, K., LIPF Measurements of Volumetric Ignition Triggered by Hot Jet Injection //Proc. 1st Asian-Pacific Conference on Combustion, pp.58-61, 1997.

75. Lavid M and Stevens J G Photochemical ignition of premixed hydrogen/oxidizer mixtures with excimer laser // Combustion & Flame 1985 v.60 №2 p.195.

76. Chou M and Zukowski T J Ignition of H2/O2/NH3, H2/Air/NH3 and CH4/O2/NH3 mixtures by eximer-laser photolysis of NH3 // Combustion & Flame 1991 v.87 №2 p. 191

77. Молин Ю.Н., Петров А.К. Инфракрасная фотохимия / Новосибирск: Наука, 1985

78. Ma J.X., Alexander D.R. and Poulain D.E. Laser-induced spark ignition and combustion characteristics of methane-Air mixtures // Combustion & Flame 1998 v.112 p.492-506

79. Carroll, S., Dodd, R., Shenton, A. T., Dearden, G., Scarisbrick, A. and Keen, S. (2005) "Laser ignition in an automotive engine: analysis and control of C.O.V. in I.M.E.P. and P.P.P.", JSAE Annual Congress proceedings, 165.

80. А.В. Иванов, С.Г. Ребров, А.Н. Голиков, В.Ю. Гутерман Лазерное зажигание ракетных топлив кислород-водород, кислород-метан. «Авиакосмическая техника и технология». №2, 2008.

81. Trott W M CO2-laser-induced deflagration of fuel/oxygen mixture // J.Appl.Phys. 1983 v.54 №1 p.118-130.

82. Старик AM., Титова Н.С. О кинетических механизмах инициирования горения водородно-кислородных смесей при возбуждении электронных степеней свободы молекулярного кислорода лазерным излучением // ЖТФ.

2003. Т.73. №3. С.334-343

83. AM. Старик, Н.С. Титова, Луховицкий Б.И. кинетика низкотемпературного инициирования горения смесей Н2+О2_Н2О при возбуждении молекулярных колебаний Н2О лазерным излучением // ЖТФ,

2004, т.74, №1 с.77-83

84. Третьяков П.К., Воронцов С.С., Тупикин A^., Щацкая Д.В. О режимах воспламенения и горения гомогенной пропано-воздушной смеси под воздействием излучения СО2-лазера // Материалы 3-ей международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики», 2003, с.99-100.

85. Гейдон AX. Спектроскопия пламен. М.:Изд-во иностр.лит., 1959. 382 с.

86. ВА. Каменщиков, ЮА. Пластинин, В.М. Николаев, ЛА. Новицкий Радиационные свойства газов при высоких температурах. Москва: Машиностроение, 1971.

87. Nicolas Docquier, Sami Belhalfaour, Franc, Ois Lacas, Nasser Darabiha and Carlos Rolon. Experimental and numerical study of chemiluminescence in methane/air high-pressure flames for active control applications. // Proceedings of the Combustion Institute, 2000. vol. 28, p. 1765-1774

88. Н.Ф. Дубовкин Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. Москва-Ленинград «Госэнергоиздат», 1962.

89. В.К. Баев, П.К. Третьяков. Характерные времена горения топливовоздушных смесей. // ФГВ, 1968, №3, с. 367-376.

90. В.К. Баев, П.К. Третьяков. Расчет положения пламени в турбулентном потоке. // Известия СО AR СССР, 1969, №3, вып.1, с. 32-37

91. Щетинков Е.С. Физика горения газов Москва: Наука, 1965.

92. Vagelopoulos C.M., Egolfopoulos F.N., Law C.K. // Proc. 25th Symp. (Int.) on Combustion, The Combustion Institute, 1994. P. 1341.

93. Goodings J.M., Bohme D.K. Chun-Wai N.G. Detailed ion chemistry in methane-oxygen flames. I. Positive ions // Combustion & Flame 1979 v.36. p. 27-43

94. Rodrigues J.M., Agneray A., Jaffr'ezic X., Bellenoue M., Labuda S., Leys C., Chernukho A.P., Migoun A.N., Cenian A., Savel'ev A.M., Titova N.S., Starik A.M. Evolution of charged species in propane/air flames: mass-spectrometric analysis and modeling // Plasma Sources Sci. Technol. - 2007. -v.16. -p. 161-172

95. Лаутон Дж., Вайнберг Ф. Электрические аспекты горения. М.: Энергия, 1976.

96. Попов В. А., Шеклеин А. В. Спектроскопическое исследование плоского метано-воздушного пламени в электрическом поле. // Научно-технические проблемы горения и взрыва, М. 1965. №1 с.76-79

97. H.A. Исаев, Н.С. Данилов, С.И. Ксенофонтов, В.Г.Филиппов, Н.Ю.Галкова Влияние переменного электрического поля на стабилизацию ламинарного пламени // Чебоксары: Физика горения и методы ее исследования. 1980. - №3. - С.121-125.

98. А.Ф. Пантелеев, Г.А. Попков, Ю.Н. Шебко, С.Г. Цариченко, В.И. Горшков Влияние электрического поля на концентрационные пределы распространения пламени пропана в воздухе / // Новосибирск: Физика горения и взрыва. 1991. - №1. - С. 26-28

99. Чжен П. Отрывные течения. Москва «Мир», 1973.

100. Radon J.Uber die bestimmung von funktionen durch ihre integralwerte langs gewisser mannigfaltigkeiten // Berl. Verh.Sachs.Akad. 1917. V. 69. P. 262 -277.

101. Frieden B R Restoring with maximum likelihood and maximum entropy // J. Opt. Soc. Am. 1972. V. 62. N. 4. P. 511 - 518.

102. Minerbo G. MENT: A maximum entropy algorithm for reconstructing a source from projection data // Com. Graph. Image Proc. 1979. V. 10. N. 1. P. 48 - 68.

103. N.V. Denisova, A.V. Tupikin. Study of burning processes by using emission tomography method [CD-ROM] // Proceedings of XV International conference on the methods of aerophysical research, Novosibirsk, 2010.

104. В.К. Баев, В.А. Ясаков. «Исследование устойчивости диффузионного пламени». Изв. СО АН СССР, 1969, №3, вып.1

Публикации по теме диссертации:

Статьи в реферируемых журналах:

1. Гаранин А.Ф., Крайнев В.Л., Третьяков П.К., Тупикин А.В., В.И.Яковлев Управление сверхзвуковым обтеканием тел с использованием мощного оптического пульсирующего разряда // Математическое моделирование, Аэродинамика и Физическая Газодинамика. Под. ред. член.-корр. РАН В.М.Фомина, ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск, 1995, с.70-78

2. Зудов В.Н., Третьяков П.К., Тупикин А.В., Яковлев В.И. Обтекание теплового источника сверхзвуковым потоком // Изв. РАН. МЖГ. 2003. № 5. С. 140-153

3. Воронцов С.С., Зудов В.Н., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Некоторые особенности воспламенения пропано-воздушной смеси излучением СО2-лазера // Теплофизика и Аэромеханика, 2006, т.13, №4 с.667-673

4. А.Ф. Гаранин, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин. Влияние постоянного и импульсно-периодического электрического поля на горение пропано-воздушной смеси. // ФГВ, 2008, т.44, №1, с.22-25.

5. П.К. Третьяков, А.В. Тупикин, В.Н. Зудов Воздействие лазерного излучения и электрического поля на горение углеводородовоздушных смесий // ФГВ, 2009, т.45, №4 с.77-85.

6. С.С. Воронцов, О.В. Ганеев, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин Динамика фронта ламинарного пламени гомогенной пропано-воздушной смеси при импульсно-периодическом воздействии электрического поля // ФГВ, 2009, т.45, №5 с.29-32.

7. С. С. Воронцов, П. К. Третьяков, А. В. Тупикин Воздействие на ламинарное пламя пропано-воздушной смеси импульсно-периодического излучения СО2-лазера // Химическая физика, 2010, т. 29, №1 , с53-57

8. В.Н. Зудов, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин. Некоторые особенности импульсно- периодического энергоподвода в сверхзвуковом потоке // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2010. Том 5, выпуск 2. С. 43-53.

9. П.К. Третьяков, А.В. Тупикин, О.В. Ганеев, Н.В. Денисова, В.В. Замащиков, Ю.С. Козорезов Ламинарное пропано-воздушное пламя в слабом электрическом поле // ФГВ, 2012, т.48, №2, с.9-14

10. О.В. Ганеев, В.Н. Зудов, Третьяков П.К., А.В. Тупикин Диффузионное пламя пропана в слабом электрическом поле // Вестник НГУ: физика, 2012., т.7, вып.3 С. 62-66.

11. N. Denisova, P. Tretyakov, A. Tupikin Emission tomography in flame diagnostics // Combustion and Flame, 2013, v.160, № 3, p.577-588.

12. Зудов В.Н.; Грачев Г.Н., Смирнов А.Л. Третьяков П.К., Тупикин

A.В.,Крайнев В.Л. Инициирование горения оптическим разрядом в сверхзвуковой метано-воздушной струе. //ФГВ, 2013, т.49, № 2, с.144-147.

Статьи в научных сборниках и продолжающихся изданиях:

1. P.K. Tretyakov, S.S. Vorontsov, A.V. Tupikin Effect of pulse-periodic CO2-laser radiation on premixed combustion of hydrocarbon fuels // Nonequilibrium processes: Combustion and Flame, V.1, p.74-83

2. Vladimir N. Zudov, Pavel K. Tretyakov and Andrey V. Tupikin . Unsteadiness Effects at a Pulsed- Periodic Energy Supply. // AIAA Paper No. 20093586. 2009. San Antonio (TX)

3. Третьяков П.К., Тупикин А.В. Применение электрических полей и лазерного излучения для управления процессами горения / Проблемы и достижения прикладной математики и механики: к 70-летию академика

B.М. Фомина: сб. науч. Тр. - Новосибирск: Параллель, 2010. С. 545-554.

Статьи в трудах конференций:

1. Крайнев В.Л., Малов А.Н., Тупикин А.В., Яковлев В.И Применение ультрафиолетового лазера для визуализации газодинамической структуры, создаваемой яркими быстроизменяющимися объектами// Третья межгосударственная научно-техническая конференция «Оптические методы исследования потоков»: тез. докл. - М., 1995. - С.80-81.

2. Тупикин А.В. Исследование газодинамики сверхзвукового течения в следе продольного электрического разряда // II-ая Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых "Современные проблемы аэрокосмической науки": тез. докл. - Жуковский, 1999/ - С.79-80.

3. Garanin A.F., Тгеtуаkоv Р.К. and Tupikin A.V. The flow in a wake of a longitudinal electric discharge. ICMAR'2000, Proceedings Part II, p. 68-71, Novosibirsk, 2000.

4. Тгеtуаkоv Р.К., Vorontsov S.S., Garanin A.F., Tupikin A.V., Yakovlev V.I., Grachov G.N. and Shulyat'ev V.B. Application of an optical pulsated discharge for stabilization of the hydrogen/air flame. ICMAR'2000, Proceedings Part II, p. 184-188, Novosibirsk, 2000.

5. В.И. Яковлев, П.К. Третьяков, С.С. Воронцов, А.В. Тупикин. Горение в потоке воздух-водород с оптическим пульсирующим разрядом: экспериментальное моделирование стабилизации пламени. Труды 12 симпозиума по горению и взрыву, Часть 1 «Химическая физика процессов горения и взрыва», Черноголовка, 11-15 сентября 2000г., с. 165-167.

6. Tretyakov P.K., Vorontsov S.S., Garanin A.F., Tupikin A.V., Yakovlev V.I., Grachov G.N., Smirnov A.L. Effect of an Optically Initiated Plasma on the Combustion of Gomogeneous Air-Fuel Mixtures. Proceedings of the 3 Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Application.Moscow, IVTAN, 2001, p.87-92.

7. Гаранин А.Ф., Третьяков П.К., Тупикин А.В., Яковлев В.И. Исследование горения гомогенных смесей при инициировании процесса оптическим пульсирующим разрядом. VIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Пермь, 23-29 августа 2001. Аннотации докладов. Пермь, 2001, с.176.

8. Третьяков П.К., Воронцов С.С., Гаранин А.Ф., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л., Тупикин А.В. Инициирование горения пропано-воздушных смесей

импульсно-периодическим излучением СО2-лазера. Доклады Академии Наук, 2002, том 385, № 5, с. 618-620.

9. С.С. Воронцов, А.Ф. Гаранин, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин, Д.В. Щацкая Combustion of propane-air mixtures under the effect of repetitive pulse emission of TO2-laser // Proceedings of the 5 Workshop on Magneto-Plasma Aaerodynamics in Aerospace Application, 2004, p.190-193

10. S. S. Vorontzov, A. F. Garanin, P. K. Tretyakov, A.V. Tupikin Measurement of delay times in propane-air mixture ignition and laminar-flame forming during the ignition of the process by the pulse CO2-laser emission // International Conference on the Methods of Aerophysical Research, Proceeding; Part IV, 2004, с. 305-309

11. Третьяков П.К., Воронцов С.С., Тупикин А.В. Измерение времен, характеризующих процессы воспламенения и формирования ламинарного пламени пропано-воздушной смеси при инициировании горения излучением импульсного СО2-лазера // тезисы докладов, IV Всероссийская конференция молодых ученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии», 2004, с. 43-45

12. Воронцов С. С., Гаранин А. Ф., Третьяков П. К., Тупикин А. В.Динамика формирования пропано-воздушного пламени при инициировании горения излучением СО2-лазера. // Тезисы докладов XIII Симпозиума по горению и взрыву, Черноголовка 7-12 февраля 2005, с.108

13. S.S. Vorontsov , P.K. Tretyakov, A.V. Tupikin Influence of CO2-laser radiation on structure of rich pronane-air flames // Book of abstracts 5-th International Seminar on Flame Structure, Novosibirsk, 11-14 July 2005, p.88

14. Тупикин А. В. Особенности динамики воспламенения и развития факела при инициировании процесса лазерным излучением // Тезисы докладов V Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии», Новосибирск, 15-17 ноября, 2005, с.47-48

15. P.K. Tretyakov, S.S. Vorontsov, A.F. Garanin, A.V. Tupikin Effect of CO2-laser radiation on hydrocarbon flame // Physics of shock waves, combustion,

detonation and non-equilibrium processes. Soloukhin memoreal, Minsk, 12-17 November, 2005, p.102-103

16. П. К. Третьяков, С. С. Воронцов, А. В. Тупикин Исследование локального воздействия излучения СО2-лазера на характеристики горения углеводородовоздушных топлив. // Сборник тезисов докладов II Международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века», ЦИАМ, Москва, 6-9 декабря 2005, Т.№2, С.20-21

17. Воронцов С.С., Гаранин А.Ф., Зудов В.Н., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Воспламенение пропано-воздушной смеси импульсно-периодическим излучением СО2-лазера. // XIV школа-семинар "Современные проблемы аэрогазодинамики". Тезисы докладов. Изд.МГУ. 2006, с.24-25

18. Зудов В.Н., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Эффекты нестационарности при импульсно-периодическом подводе энергии в сверхзвуковой поток.// Материалы Международной школы-семинара « Модели и Методы Аэродинамики». Евпатория, 5-14 июня 2006 г. МЦНМО, Москва, 2006. ISBN 594057-239-1

19. Тупикин В.А. Горение пропано-воздушной смеси при воздействии лазерного излучения и электрического поля. // IX Всероссийский съезд по механике. Тезисы докладов. Нижний Новгород, 22-28 августа 2006 г. Т.2, с.172.

20. Ganeev O.V, Garanin A.F., Tretyakov P.K., Tupikin A.V.Integral parameters of the propane/air flame in the electric field. // Proc. XIII Int. Conf. on the Methods of Aerophysical Research. - Novosibirsk, 2007. - Part V. - Р. 52-56.

21. Воронцов, А.Ф. Гаранин, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин Влияние электрического поля на горение пропано-воздушной смеси // тезисы докладов XV школы-семинара «Современные проблемы аэрогидродинамики», 5-15 сентября 2007, Сочи, «Буревестник МГУ, с.28

22. П.К. Третьяков, А. В. Тупикин, А.Ф. Гаранин, С.С. Воронцов, О.В. Ганеев. Управление процессам горения воздействием энергией лазерного излучения и электрическим полем. Модели и методы аэродинамики.

Материалы шестой и седьмой международных школ-семинаров. МЦНМО, Москва, 2007, с.214-216.

23. V.N. Zudov P.K. Tretyakov and A.V. Tupikin. Unsteadiness effects at a pulsed-periodic energy supply to supersonic flow.// Proc. West-East High Speed Flow Field Conference. - Moscow, 19-22 November 2007

24. Третьяков П.К., Тупикин А.В. Экспериментальное исследование влияния электрического поля на горение метано-воздушной смеси // тезисы докладов на III школе-семинаре по магнитоплазменной аэродинамике, Москва 7-11 Апреля 2008

25. P.K. Tretyakov, A.V. Tupikin Influence of electric field on the gasdynamics of combustion of the methane-air mixture // Proceedings of XIV International Conference on the Methods of Aerophysical Research. - CD. - 2008. - 6 pp.

26. A.V. Tupikin Studying of gasdynamics and combustion mechanisms under pulsed-periodic laser radiation and electric field // Proceedings of XIV International Conference on the Methods of Aerophysical Research. - CD. - 2008. - 8 pp.

27. P.K. Tretyakov, A.V. Tupikin and V.N. Zudov The process of combustion under external energy acting // 6th International Seminar on Flame Structure. Book of Abstracts. - Brussels, Belgium. September 14-17, 2008. - P. 13.

28. .S.S. Vorontsov, O.V. Ganeev, P.K.Tretyakov, A.V. Tupikin The combustion of homogeneous hydrocarbon/air mixture under direct and pulse-periodic electric field // 6th International Seminar on Flame Structure. Book of Abstracts. -Brussels, Belgium. September 14-17, 2008. - P. 85.

29. О.В. Ганеев, А.В. Тупикин, В.В. Замащиков Влияние электрического поля на гидродинамику ламинарного пламени // Труды научно-технической конференции «Энергоэффективность-2009», Краков, Польша. 21 - 23 сентября 2009г. С. 277 - 282

30. N.V. Denisova, A.V. Tupikin. Anatomy of plasma objects based on spectral images // Book of abstract of International Conference on imaging techniques in

subatomic physics, astrophysics, medicine, biology and industry, 8-11 June, Stockholm, Sweden, 2010, p. 138.

31. А.В. Тупикин. Применение слабых электрических полей для управления горением пропана // Труды II Международной конференции «Актуальные проблемы механики сплошной среды», г. Дилижан, Армения. Ереван: ЕГУАС, 2010. Том 2.- С. 199-203.

32. П.К. Третьяков, А.В. Тупикин Импульсно-периодическое воздействие электрических полей на интегральные характеристики горения углеводородных топлив // сборник тезисов Всероссийской научной конференции "Математическое и физическое моделирование опасных природных явлений и техногенных катастроф", 18-20 октября 2010, Томск, с. 110.

33. N.V. Denisova, A.V. Tupikin. Study of burning processes by using emission tomography method // XV International conference on the methods of aerophysical research, Novosibirsk, 2010. Abstracts, part 1, p.75-76.

34. П.К Третьяков, Н.В. Денисова, А.В. Тупикин, О.В. Ганеев, В.В. Замащиков, В.М. Дулин, Ю.С. Козорезов. Слабые электрические поля и лазерное излучение в приложении к вопросам управления процессами горения [CD-ROM ISBN 978-5-94049-026-5] // Сборник тезисов III Международной Научно-Технической конференции «Авиадвигатели XXI века», посвященной 80-летию ЦИАМ. - М:, ЦИАМ, 2010. С. 1407-1409.

35. P. Tret'yakov, A. Tupikin and V. Zudov. Interaction of a Shock Wave with a Contact Discontinuity for Local Heat Release in a Flow // Proc. of the 28 International Symposium on Shock Waves. Manchester. 2011.

36. O.V. Ganeev, V.V.Zamashchikov, Yu.S. Kozorezov, P.K. Tretyakov, A.V. Tupikin. Application of piv for investigating the effect of electric fields on laminar flame // The 8th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing, Moscow, Russia, August 21st-25th, 2011

37. А.В. Тупикин, П.К. Третьяков, О.В. Ганеев, В.В. Замащиков, Ю.С. Козорезов. Исследование влияния импульсно-периодического электрического поля на локальные характеристики пламени // Х съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Нижний Новгород, 2011.

38. О.В. Ганеев, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин Стабилизация диффузионного пламени пропана в электрическом поле // материалы IX Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ'2012), 25-31 мая 2012, Алушта, с.123-125

39. Зудов В.Н., Грачев Г.Н., Крайнев В.Л., Смирнов А.Л., Третьяков П.К., Тупикин А.В. ^абилизация оптическим разрядом гомогенного пламени метана в сверхзвуковом потоке // материалы IX Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ'2012), 25-31 мая 2012, Алушта, с.138-139

40. Зудов В.Н., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Воспламенение и стабилизация оптическим разрядом гомогенного горения метана в сверхзвуковой струе // XXIII семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям (с международным участием) : сборник трудов. -Томск, 2012. -С. 160-161.

41. Ganeev O.V., Tretyakov P.K., Tupikin A.V. Electric field effects on the ascent height of the propane diffusion flame // 16th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR'2012) (Kazan, Russia, 19 - 25 Aug., 2012) : abstracts. Pt.1. -Kazan, 2012. -P. 99-100.

42. Ganeev O.V., Zamashchikov V.V., Kozorezov Yu.S., Tretyakov P.K., Tupikin A.V. Investigation of the electric field effect on laminar combustion of the propane-air mixture // 16th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR'2012) (Kazan, Russia, 19 - 25 Aug., 2012) : abstracts. Pt.1. -Kazan, 2012. -P. 101-102.

43. V.N. Zudov P.K. Tretyakov, A.V. Tupikin. Ignition and stabilization of burning hydrocarbonic fuels in a supersonic stream pulse-periodic laser radiation. //

Proc. 8th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. Tours, France. 2012. AIAA Paper 2012-5949. C. 10.

44. N. Denisova, P. Tretyakov, A. Tupikin EMISSION TOMOGRAPHY OF FLAMES International Conference on Inverse and Ill-Posed Problems Abstracts p.475 Novosibirsk 5-12 August 2012.

45. Денисова Н.В., Козулин В.С., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Применение спектрозональной регистрации при изучении горения во внешнем электрическом поле // Материалы XVIII Междунар. конф. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС'2013) ( Алушта, 22-31 мая, 2013 г. ), посвящ. памяти акад. Г.Г. Черного : [Сб.статей]. -М.: Изд-во МАИ, 2013. -С. 698-700.

46. Замащиков В.В., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Изучение динамики пламени в импульсно-периодическом электрическом поле // Модели и методы аэродинамики: Материалы Тринадцатой Международной школы - семинара (Евпатория, 4-13 июня 2013 г.). -М.: МЦНМО, 2013. -С. 85-87.

47. Зудов В.Н., Третьяков П.К., Тупикин А.В. Воспламенение и стабилизация оптическим разрядом гомогенного горения метана в высокоскоростной струе // Модели и методы аэродинамики: Материалы Тринадцатой Международной школы - семинара (Евпатория, 4-13 июня 2013 г.). -М.: МЦНМО, 2013. -С. 103.

48. V.N. Zudov, P.K. Tretyakov, A.V. Tupikin. Ignition and stabilization of burning hydrocarbonic fuels in a supersonic stream pulse-periodic laser radiation. // Proc. 44th Plasmadynamics and Lasers Conference. San Diego, CA, USA. 2013. AIAA Paper 2013-2766. P. 10.

49. В.Н. Зудов, П.К. Третьяков, А.В. Тупикин Воспламенение и горение газообразных углеводородных топлив при внешнем импульсно-периодическом энергетическом воздействии // тезисы докладов Третьего международного коллоквиума по физике ударных волн, горения и детонации (11-14 ноября 2013г.), Минск: ИТМО НАН Белоруссии, 2013. -С.33.

Препринты:

1. Третьяков П.К., Тупикин А.В., Яковлев В.И. Пространственно-временные масштабы газодинамической структуры сверхзвукового течения с импульсно-периодическим лазерным энергоподводом. - Новосибирск, 1997. -23 с. - (Препринт / РАН. Сиб. отд-ние. ИТПМ; № 9-97).

2. Тупикин А.В. Бесконтактные способы воздействия на сверхзвуковое обтекание тел Новосибирск, 1999. - 20 с. - (Препринт / РАН. Сиб. отд-ние. ИТПМ; № 9-99).