Promoter: |
|
prof. dr hab. inż. Andrzej Teodorczyk |
|
Supporting Promoter: |
|
|
|
Reviewers: |
|
|
dr hab. inż. Monika Zajemska, prof PCz - Politechnika Częstochowska |
|
Dziedzina: |
|
Dyscyplina: |
|
Abstract:
W celu uniknięcia nieidealnych efektów w eksperymentach badania opóźnienia zapłonu w rurach uderzeniowych większość doświadczeń wykonywana jest w znacznie rozrzedzonych mieszaninach (>96%). Jednak aby testować paliwa w warunkach zbliżonych do rzeczywistych rozrzedzenie mieszanki nie powinno przekraczać 75-80%. Badania takie są problematyczne, ponieważ warstwa przyścienna wytworzona za padającą falą uderzeniową może oddziaływać z odbitą falą uderzeniową i skutkować znaczną niejednorodnością przepływu. Ta interakcja prowadzi do powstania skośnej fali uderzeniowej określaną jako "bifurkacja fali". W celu badania zjawiska bifurkacji oraz określenia jego wpływu na odbitą falę uderzeniową przeprowadzono serię eksperymentów na dwóch stanowiskach laboratoryjnych w California Institute of Technology - GALCIT Shock Tube oraz GALCIT Detonation Tube (GDT). Badania przeprowadzono wykorzystując czujniki ciśnienia, diody laserowe oraz wizualizację metodą Schlierena. Badanymi gazami były dwutlenek węgla, powietrze oraz argon o liczbie Macha w zakresie 1.5 do 2.8. W rezultacie zaproponowano ulepszony model do obliczeń wysokości bifurkacji odbitej fali uderzeniowej. Dodatkowo oszacowano niepewność wyznaczenia czasu propagacji odbitej fali uderzeniowej oraz wpływu skośnej fali uderzeniowej na właściwości gazu.
Na poprawne określenie czasu opóźnienia zapłonu duży wpływ ma niepewność relacji między chemiluminescencją rodników a szybkością wydzielania ciepła. Najnowsze badania wykazały sprzeczne wyniki oceniające OH*, CH* oraz CO2* jako wskaźniki zapłonu, jednak żadne z nich nie poświęciły uwagi na porównanie czasu opóźnienia zapłonu otrzymanego przy ich wykorzystaniu. Dlatego też przeprowadzono badania czasu opóźnienia zapłonu w GALCIT Shock Tube dla mieszanin metanu oraz n-heksanu z tlenem, rozrzedzonych argonem w warunkach odpowiednio: T5=1500-2500 K, Φ=0.67-2 oraz T5=1300-1600 K, Φ=0.5-2. W czasie eksperymentów monitorowano ciśnienie oraz chemiluminescencję rodników OH*, CH* oraz CO2*. Dla metanu czas maksymalnej szybkości wydzielania ciepła był najlepiej skorelowany z czasem maksymalnej emisji rodnika CH*, zaś dla n-heksanu z czasem maksymalnej emisji rodnika OH*. Czas maksymalnej emisji rodnika CO2* dawał najmniej satysfakcjonujące wyniki. Należy jednak zaznaczyć, że w większości przypadków różnica między maksymalną szybkością wydzielania ciepła a maksymalną emisją stanowiła około 10%, co porównywalne jest z niepewnością pomiarów zoptymalizowanego układu badawczego. W związku z tym stwierdzono, że w badanych warunkach, zarówno rodniki OH* jak CH* i CO2* mogą być wykorzystywane jako dobry wskaźnik czasu opóźnienia zapłonu.