Influence of an Accelerated Electron Beam and External Electric Field on the Combustion of a Propane–Air Mixture in a Subsonic Air Flow

P. V. Bulat; Булат П. В.; K. N. Volkov; Волков К. Н.; L. P. Grachev; Грачев Л. П.; I. I. Esakov; Есаков И. И.; V. L. Bychkov; Бычков В. Л.

doi:10.31857/S0040364423060030

Influence of an Accelerated Electron Beam and External Electric Field on the Combustion of a Propane–Air Mixture in a Subsonic Air Flow

Authors: Bulat P.V.¹, Volkov K.N.¹, Grachev L.P.², Esakov I.I.², Bychkov V.L.³
Affiliations:
1. Baltic State Technical University VOENMECH
2. Moscow Radiotechnical Institute, Russian Academy of Sciences
3. Moscow State University
Issue: Vol 61, No 6 (2023)
Pages: 904-913
Section: Heat and Mass Transfer and Physical Gasdynamics
URL: https://ruspoj.com/0040-3644/article/view/653056
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423060030
ID: 653056

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract

The influence of preliminary ionization and excitation of molecules of a fuel–air mixture when exposed to an electron beam created in an external electric field on increasing the intensity of combustion processes is considered. To study the effect of electron beam plasma on the combustion of a propane–air mixture, a series of experiments were carried out. The characteristics of the propane–air mixture are determined before and after irradiation with an electron beam in the presence and absence of an external electric field. The boundaries of the combined effect of an electron beam and an external electric field are found to increase the efficiency of combustion of a propane–air mixture in a subsonic flow. A physical model of processes in a non-self-sustaining discharge in a subsonic flow of a combustible mixture under known experimental conditions is developed.

References

Герасимов Г.Я., Герасимова Т.С., Макаров В.Н., Фадеев С.А. Моделирование физико-химических процессов образования оксидов азота и серы при электронно-лучевой очистке отходов тепловых электростанций // ХВЭ. 1996. Т. 30. № 1. С. 34.
Klimov A., Bityurin V., Kuznetsov A., Tolkunov B., Vystavkin N., Vasiliev M. External and Internal Plasma-assisted Combustion // AIAA Paper 2004–1014.
Шарафутдинов Р.Г., Зарвин А.Е., Мадирбаев В.Ж., Гагачев В.В., Гартвич Г.Г. Получение водорода из метана в электронно-лучевой плазме // Письма ЖТФ. 2005. Т. 31. № 15. С. 23.
Ardelyan N., Bychkov V., Gromov V., Kosmachevskii K. Application of Two Plasma Ignition Enhancement Methods of Propane-air Mixture // AIAA Paper 2006–0612.
Zhukov V.N., Sechenov V.A., Khorunzhenko V.I., Starikovskii A.Yu. Hydrocarbon-air Mixture Ignition Kinetics // Proc. 3rd Workshop on Thermochemical and Plasma Processes in Aerodynamics. 28–31 July 2003. Saint Petersburg, Russia, 2003. P. 296.
Ardelyan N.V., Bychkov V.L., Kosmachevskii K.V. Features of Combined Plasmas // IEEE Trans. Plasma Sci. 2008. V. 36. № 6. P. 2892.
Ardelyan N., Bychkov V., Kosmachevskii K., Denisiuk S., Gudovich V., Bychkov D., Kochetov I. Electron-beams for Plasma Impact on Gas Flammable Mixtures // AIAA Paper 2009–0693.
Bychkov V.L., Kochetov I.V., Bychkov D.V., Volkov S.A. Air-propane Mixture Ionization Processes in Gas Discharges // IEEE Trans. Plasma Sci. 2009. V. 37. № 12. P. 2280.
Ardelyan N.V., Bychkov D.V., Bychkov V.L., Gudovich V.A., Denisiuk S.V., Kochetov I.V., Kosmachevskii K.V. Non-selfmaintained Gas Discharge for Plasma Impact on Gas Flammable Mixtures // AIAA Paper 2010–0269.
Ardelyan N.V., Bychkov V.L., Kochetov I.V., Kosmachevskii K.V. On Pulsed Discharge in Humid Air // AIAA Paper 2010–1589.
Phuoc T.X. Laser-induced Spark Ignition Fundamental and Applications (Review) // Opt. Lasers Eng. 2006. V. 44. P. 351.
Leonov S.B., Firsov A.A., Shurupov M.A., Michael J.B., Shneider M.N., Miles R.B., Popov N.A. Femtosecond Laser Guiding of a High-voltage Discharge and the Restoration of Die-lectric Strength in Air and Nitrogen // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. № 12. 123502.
Takahashi E., Sakamoto S., Imamura O., Ohkuma Y., Yamasaki H., Furutani H., Akihama K. Fundamental Characteristics of Laser Breakdown Assisted Long Distance Discharge Ignition // J. Phys. D: Appl. Phys. 2019. № 52. 485501.
Зудов В.Н., Третьяков П.К. Инициирование оптическим разрядом гомогенного горения топливовоздушной смеси в высокоскоростной струе // ФГВ. 2017. Т. 53. № 3. С. 18.
Зудов В.Н., Тупикин А.В. Влияние электрического поля на оптический разряд в воздушном потоке // Сиб. физ. журн. 2021. Т. 16. № 2. С. 48.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкостей и газов. М.: Наука, 1970. 880 с.
Черняев А.П. Взаимодействие ионизирующего излучении с веществом. М.: Физматлит, 2004. 152 с.
Бычков В.Л., Елецкий А.В. Пучковая плазма высокого давления // Химия плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1985. Вып. 12. С. 119.
Бычков В.Л., Васильев М.Н., Коротеев А.С. Электроннно-пучковая плазма: генерация, свойства, приложения. М.: Изд-во МГОУ “Росвузнаука”, 1993. 168 с.
Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992. 536 с.
Фланнери М.Р. Ион-ионная рекомбинация в разрядах высокого давления. В кн.: Газовые лазеры. М.: Мир, 1986. 177 с.