Дослідження електричного ковзного розряду при спалюванні вуглеводневої суміші

Abstract

Актуальність теми. Зміна кліматичних умов, забруднення довкілля та обмеженість традиційних джерел енергії ставлять перед людством складні виклики щодо пошуку ефективних, екологічно безпечних та стійких енергетичних рішень. Сучасні вимоги до ефективності та безпеки процесів згоряння пального в різноманітних сферах виробництва вимагають удосконалення систем контролю та оптимізації цих процесів. Одним із перспективних напрямків в цьому контексті є застосування електромагнітних систем для супроводження горіння пальної повітряно-водно-вуглеводневогазової суміші. Дослідження в цій області стає надзвичайно актуальним, з огляду на постійний розвиток технологій, необхідність ефективного використання паливних ресурсів і появу нових вимог щодо екологічної безпеки. Мета дослідження Основною метою даного дослідження є вивчення можливостей застосування електромагнітних систем для оптимізації процесів горіння пальної повітряно-водно-вуглеводневогазової суміші, а також аналіз впливу таких систем на забруднення довкілля та підвищення ефективності енергетичних процесів. Об'єктом дослідження є процеси горіння пальної повітряно-водно-вуглеводневогазової суміші в умовах впливу електромагнітних полів, а також вивчення взаємодії між електромагнітними полями та фізико-хімічними процесами, що відбуваються під час горіння. Предметом дослідження є ефекти електричного ковзного розряду при спалюванні вуглеводневої суміші, а також електромагнітні системи, призначені для супроводження горіння пальної повітряно-водно-вуглеводневогазової суміші. 1. Проведений аналіз сучасного стану досліджень процесів спалювання вуглеводневих сумішей з використанням електротехнологій. Проаналізовані світові тренди та існуючі методи, що забезпечують інтенсифікацію процесів горіння. 2. На основі аналізу встановлено що ефективним методом інтенсифікації процесу спалювання бідних паливно-повітряних сумішей є використання електричного ковзного розряду. 3. Проведені експериментальні дослідження для визначення впливу електрофізичних характеристик ковзного розряду на стабільність спалювання вуглеводневої суміші. 4. Встановлено, що після початкових нестабільностей форма розрядного імпульсу набуває вигляду затухаючої синусоїди, що підтверджує стабільність розрядного каналу. Далі спостерігається чіткий замкнений контур фазового портрета, що свідчить про придушення хаотичних процесів та перехід системи до стійких граничних циклів. 5. Розроблено математичну модель розрядного процесу, яка базується на стандартному RLC контурі, та виконано комп'ютерне моделювання частотно-регульованого електропривода вентилятора у середовищі MATLAB. У результаті аналізу розв’язків математичної моделі і порівняння її з отриманими експериментальними даними визначено розрахункові значення індуктивності і ємності для розрядного проміжку робочої зони плазмотрона. Також підтверджено загальну відповідність форми теоретичних імпульсів експериментально отриманим результатам 6. За результатами проведених вимірювань встановлено, що в процесі формування стабільного факела полум'я напруга пробою знижується з приблизно 15 кВ у режимі холостого ходу до 12 кВ. При цьому частота коливань зростає з 7,2 кГц до 8,5 кГц, а коефіцієнт згасання складає близько 1,55 × 10⁴. 7. На відміну від існуючих світових патентів (наприклад, компаній Acutronic Turbines чи Eldor Corporation), які зосереджені на аерокосмічній галузі та високих тисках, це дослідження адаптувало технологію ковзного розряду для сільськогосподарської сфери та промислових пальників загального призначення. Та враховуючи розрахунок приводу почала реалізацію створення системи розумного пальника з покращеними характеристиками в порівнянні з наявними на ринку. А використання каскадного помножувача напруги сприяло забезпеченню стабільного запалювання розряду навіть за умов зміни характеристик середовища. 8. Побудова фазового портрета системи виявила перехід до стійких граничних циклів. Доведено що стабілізація відбувається за рахунок теплового механізму: екзотермічна реакція створює канал із високою провідністю та покращеною рухливістю носіїв заряду. Що дозволяє дійти до висновків що використання ковзного розряду покращило характеристики спалювання суміші в стабільних контрольованих умовах.