Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: s-FLAME
Направление НПИ: 1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса
Секция КНТС: 2. Космическое материаловедение
Наименование эксперимента: Структура и динамика сферических диффузионных пламен
Цель эксперимента:

-Верификация химических кинетических механизмов и моделей переноса, используемых при моделировании газодинамических термохимических явлений.

-Исследование свойств, структуры, устойчивости и динамики сферических диффузионных пламён.

 

Описание эксперимента:

Порядок проведения КЭ. Эксперимент проводится на американском сегменте МКС в интегрированной стойке для экспериментов по горению (Combustion Integrated Rack) на оборудовании «s-FLAME».

В состав оборудования «s-FLAME» входят:

-Камера со свободным объемом порядка 85л и диапазоном рабочих давлений от 1 до 3 атм с двумя ортогональными оптическими окнами с полем зрения 120мм обеспечивает пространство, необходимое для проведения эксперимента; -Сферическая пористая горелка с радиусом 3.2-6.4 мм необходима для формирования сферически симметричного одномерного ламинарного диффузионного пламени;

-Резистивная система воспламенения (50Вт/0.5с), позиционируемая шаговым двигателем, позволяет инициировать реакцию горения в определенной области пространства; 

-Система подачи и утилизации газов, включающая три массовых расходомера, обеспечивает наполнение камеры сгорания окислителем, подачу топлива и инертного газа с расходами 0-0.5л/мин ±5% и 0-1.0л/мин ±5%, соответственно, а также утилизацию продуктов реакции.

Измерительная аппаратура предназначена для визуально-инструментальной регистрации свойств, структуры и динамики диффузионного пламени и включает в себя: 

(1) систему контроля давления в камере (0.1-4бар ±1%); 

(2) термопары (0-700С±2С), которые расположены как вблизи горелки (4 шт.), так и на периферии (6 шт.) камеры сгорания; 

(3) акселерометр SAMS; 

(4) радиометры (0.2-11 мкм), один фиксированный широкоугольный и пять съемных; 

(5) камеры: аналоговая цветная со светодиодной подсветкой, цифровая цветная (12-бит, до 30 кадров/с, 1360х1024) с набором фильтров (сине-зеленый, 430- и 450 - нм для съемки излучения СН*), монохромная камера с усилителем яркости изображения (310 нм, до 30 кадров/с, 512х512) для съемки излучения ОН*; 

(6) три широкоугольных ФЭУ (230-700 нм, 310 нм и 430 нм); 

(7) система лазерной экстинкции на основе лазерных диодов с волоконным выходом и монохромной цифровой камеры (30 кадров/с, 1024х1024); 

(8) система пирометрии на основе перемещающейся сетки из 5 кремний-карбидных волокон, расположенных на расстоянии 5мм, и дополнительной сетки для калибровки;

(9) газовый хроматограф для анализа состава свежей смеси и продуктов горения; - блок управления, блок обработки и хранения данных. Оборудование «s-FLAME» обеспечивает изучение свойств, структуры, устойчивости и динамики сферических диффузионных пламен.

 

 

Новизна эксперимента:

Исследования сферических диффузионных пламен в условиях продолжительной микрогравитации высокого качества ранее не проводились ни отечественными, ни зарубежными исследователями.

Информация, полученная из эксперимента «s-FLAME», окажет существенное влияние на развитие и разработку высокоэффективных систем сгорания с низким уровнем выбросов для наземного применения.

 

 

Научная аппаратура:

НА «s-FLAME» предназначена для формирования сферически симметричного одномерного ламинарного диффузионного пламени, образуемого путем подачи топливной смеси через сферическую горелку в неподвижную окислительную среду и визуально-инструментальной регистрации его свойств, структуры и динамики.

НА «s-FLAME» реализована в виде интегрированной стойки для экспериментов по горению АС МКС. Разработка и создание НА не требуется.

НА и контейнеры с газами изготовлены и находятся на борту АС МКС и удовлетворяют требованиям к месту установки и эксплуатации.

В состав НА «s-FLAME» входят:

- камера с двумя ортогональными оптическими окнами,

- пористая горелка,

- система воспламенения,

- система подачи и утилизации газов,

- измерительная аппаратура (камеры в оптическом и ультрафиолетовом диапазоне, радиометр, датчики давления и ускорения, термопары, установка лазерной экстинкции и пирометрии, газовый хроматограф),

- блок управления,

- блок обработки и хранения данных.

Камера со свободным объемом порядка 85л и диапазоном рабочих давлений от 1 до 3 атм с двумя ортогональными оптическими окнами с полем зрения 120мм обеспечивает пространство, необходимое для проведения эксперимента. Сферическая пористая горелка с радиусом 3.2-6.4 мм необходима для формирования сферически симметричного одномерного ламинарного диффузионного пламени. Резистивная система воспламенения (50Вт/0.5с), позиционируемая шаговым двигателем, позволяет инициировать реакцию горения в определенной области пространства.

Система подачи и утилизации газов, включающая три массовых расходомера, обеспечивает наполнение камеры сгорания окислителем, подачу топлива и инертного газа с расходами 0-0.5л/мин ±5% и 0-1.0л/мин ±5%, соответственно, а также утилизацию продуктов реакции.

Измерительная аппаратура предназначена для визуально-инструментальной регистрации свойств, структуры и динамики диффузионного пламени и включает в себя:

-систему контроля давления в камере (0.1-4бар ±1%);

-термопары (0-700С±2С), которые расположены как вблизи горелки (4 шт.), так и на периферии (6 шт.) камеры сгорания;

-акселерометр SAMS;

 -радиометры (0.2-11 мкм), один фиксированный широкоугольный и пять съемных;

-камеры: аналоговая цветная со светодиодной подсветкой, цифровая цветная (12-бит, до 30 кадров/с, 1360х1024) с набором фильтров (сине-зеленый, 430 и 450 нм для съемки излучения СН*), монохромная камера с усилителем яркости изображения (310 нм, до 30 кадров/с, 512х512) для съемки излучения ОН*;

-три широкоугольных ФЭУ (230-700 нм, 310 нм и 430 нм);

-система лазерной экстинкции на основе лазерных диодов с волоконным выходом и монохромной цифровой камеры (30 кадров/с, 1024х1024);

-система пирометрии на основе перемещающейся сетки из 5 кремний-карбидных волокон, расположенных на расстоянии 5мм и дополнительной сетки для калибровки; газовый хроматограф для анализа состава свежей смеси и продуктов горения.

Ожидаемые результаты:

В результате проведения экспериментов s-FLAME будут получены новые исходные данные высокой точности, с помощью которых возможно будет оценить адекватность существующих моделей химической кинетики и транспорта, а также провести коррекцию существующих моделей. Будут получены новые данные в области исследования диффузионных пламен.

- Данные, полученные в ходе экспериментов, позволят верифицировать существующие модели кинетики реакций горения и процессов переноса, что необходимо для развития и разработки прикладных высокоэффективных, экологически чистых технологий и устройств для энергетики, транспорта и промышленности, основанных на горении углеводородных топлив в наземных условиях.

 

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2016 – 2018 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н.Лебедева Российской академии наук (ФИАН)
Организации участники: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Дальневосточный федеральный университет”, Россия, г. Владивосток, ул. Суханова, 8.
Научный руководитель: Губернов В. В., Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, ведущий научный сотрудник, д.ф.-м.н.
Публикации по эксперименту:

1. A.I. Korsakova, V.V. Gubernov, A.V. Kolobov, V. Bykov, U. Maas, “Stability of rich laminar hydrogen-air flames in a model with detailed transport and kinetic mechanisms” Combustion and Flame, 2016, 163, 478-486.

2. V.V. Gubernov, A.V. Kolobov, V. Bykov, U. Maas, “Investigation of rich hydrogen–air deflagrations in models with detailed and reduced kinetic mechanisms” Combustion and Flame, 2016, 168, 32-38.

3. A.I. Korsakova, V.V. Gubernov, A.V. Kolobov, V. Bykov, U. Maas, “The effect of Soret diffusion on stability of rich premixed hydrogen-air flames”, International Journal of Hydrogen Energy, в печати (2016).

4. V.V. Gubernov, J.S. Kim, "The fast-time instability map of Linan’s diffusion-flame regime", Journal of Mathematical Chemistry, 2014, 53, 220-235.

5. V.V. Gubernov, A.V. Kolobov, A.A. Polezhaev, H.S. Sidhu, "Analysing the stability of premixed rich hydrogen–air flame with the use of two-step models", Combustion and Flame, 2013, 160, 1060-1069

6. V.V. Gubernov, A.V. Kolobov, A.A. Polezhaev and H. S. Sidhu, "Stability of combustion waves in the Zeldovich-Linan model", Combustion and Flame, 2012, 159, 1185-1196

7. J.S. Kim, V.V. Gubernov, "On the fast-time oscillatory instabilities of Linan's diffusion-flame regime'', Combustion Theory and Modelling, 2006, 10, 749-747.

 

Последнее обновление: 14.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения