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 $\mathrm{O}_2(a^1\Delta_g)$, 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 $\mathrm{O}_2(a^1\Delta_g)$ на молекулах водорода. Ускорение дезактивации $\mathrm{O}_2(a^1\Delta_g)$ с ростом температуры, ранее исследователями не учитываемое, резко снижает эффективность влияния CK на времена индукции. В области низких температур, где тушение относительно слабое, влияние $\mathrm{O}_2(a^1\Delta_g)$ 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 бóльшая часть энергии разряда расходуется на колебательное возбуждение молекул азота, эта задача становится еще более сложной.