Статья

Статья

Обзор

2007. Т. 45. № 2. С. 296–315

Попов Н.А.

Влияние неравновесного возбуждения на воспламенение водород–кислородных смесей

При анализе воспламенения горючих смесей в сильно неравновесных условиях обсуждается роль различных радикалов и возбужденных частиц в сокращении периода индукции. В данной работе представлен обзор экспериментально-теоретических исследований по влиянию атомов водорода и кислорода, электронно-возбужденных молекул $mathrm{O}_2(a^1Delta_g)$, колебательно-возбужденных молекул $mathrm{H}_2$ и $mathrm{O}_2$ на времена индукции и смещение пределов воспламенения водород-кислородных смесей. Добавление в горючую смесь атомов кислорода и водорода может приводить к существенному уменьшению времен индукции и снижению температурного порога воспламенения горючих смесей. Однако последнее проявляется только вблизи порога воспламенения. В зоне относительно низких начальных температур сдвиг порога воспламенения связан в основном с саморазогревом смеси за счет рекомбинации добавляемых атомарных частиц. Неравновесный характер воздействия при этом практически не проявляется.Молекулы синглетного кислорода (СК) могут участвовать как в реакциях зарождения, так и в реакциях разветвления цепи. Скорости этих процессов существенно увеличиваются с ростом температуры смеси. Но с увеличением температуры возрастает и скорость реакции тушения синглетного кислорода $mathrm{O}_2(a^1Delta_g)$ на молекулах водорода. Ускорение дезактивации $mathrm{O}_2(a^1Delta_g)$ с ростом температуры, ранее исследователями не учитываемое, резко снижает эффективность влияния CK на времена индукции. В области низких температур, где тушение относительно слабое, влияние $mathrm{O}_2(a^1Delta_g)$ на воспламенение $mathrm{H}_2 : mathrm{O}_2$ смесей может быть значительным, если удастся обеспечить достаточно высокий (превышающий $10^{–2}$) уровень относительных концентраций CK.Колебательно-возбужденные молекулы $mathrm{H}_2(v)$ также могут участвовать в реакциях зарождения и разветвления цепи. Имеющиеся результаты позволяют предположить возможность снижения температурного порога воспламенения водород-кислородных смесей при интенсивной накачке колебательных степеней свободы молекул $mathrm{H}_2(v)$. Однако в случае электроразрядного возбуждения (даже в $mathrm{H}_2 : mathrm{O}_2$ смесях, где значительная доля энергии разряда может поступать в колебательную подсистему $mathrm{H}_2(v)$) добиться высоких уровней колебательного возбуждения ($T^{mathrm{H}_2}_v ge 2000$ К) непросто. В стехиометрической смеси $mathrm{H}_2$ : воздух, когда бo?льшая часть энергии разряда расходуется на колебательное возбуждение молекул азота, эта задача становится еще более сложной.