Образование оксида азота в режиме диффузионного разряда в газодинамическом потоке воздуха атмосферного давления

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Предложен способ учета конвективного охлаждения внешним поперечным потоком газоразрядной области, при котором можно выполнять расчеты для микросекундного искрового разряда в одномерной осесимметричной постановке. На основе предложенного метода и ранее разработанной модели микросекундного диффузного разряда выполнено численное моделирование по наработке оксида азота NO в импульсном режиме при наличии контракции плазменного канала. Показана пространственно-временная динамика скорости расширения канала, температуры газа, концентрации NO и электронов. Приводится сравнение с ранее полученными результатами расчета и эксперимента.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. В. Терешонок

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: gb-r@mail.ru
Russian Federation, Москва

Г. Б. Рагимханов

Дагестанский государственный университет

Author for correspondence.
Email: gb-r@mail.ru
Russian Federation, Махачкала

References

  1. Starikovskaia S.M. Plasma Assisted Ignition and Combustion // J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. V. 39. P. 265.
  2. Starikovskiy A., Aleksandrov N. Plasma-assisted Ignition and Combustion // Prog. Energy Combust Sci. 2013. V. 39. № 1. P. 61.
  3. Ju Y., Sun W. Plasma Assisted Combustion: Dyna-mics and Chemistry // Prog. Energy Combust Sci. 2015. V. 48. P. 21.
  4. Almazova K.I., Belonogov A.N., Borovkov V.V., Kurbanismailov V.S., Ragimkhanov G.B., Tren’kin A.A., Tereshonok D.V. Plasma and Gas-dy-namic Near-Electrode Processes in the Initial Phase of a Microstructured Spark Discharge in Air // Tech. Phys. Lett. 2020. V. 46. № 8. P. 737.
  5. Almazova K.I., Belonogov A.N., Borovkov V.V., Kur-banismailov V.S., Khalikova Z.R., Ragimkhanov G.B., Tereshonok D.V., Trenkin A.A. Features of the Cathode Plasma Formation at the Initial Stage of a Nanosecond Spark Discharge in Air // EPL. 2020. V. 130. 65002.
  6. Almazova K.I., Belonogov A.N., Borovkov V.V., Khalikova Z.R., Ragimkhanov G.B., Tereshonok D.V., Tren’kin A.A. Extremely Fast Formation of Anode Spots in an Atmospheric Discharge Points to a Fundamental Ultrafast Breakdown Mechanism // Plasma Sources Sci. Technol. 2021. V. 30. 095020.
  7. Голуб В.В., Савельев А.С., Сеченов В.А., Сон Э.Е., Терешонок Д.В. Плазменная аэродинамика в сверхзвуковом потоке газа // ТВТ. 2010. Т. 48. № 6. С. 948.
  8. Son E.E., Tereshonok D.V. Separation Flow Control by Thermal Bump in a Supersonic Airflow // Europhys. Lett. 2012. V. 99. № 15002.
  9. Ванин А.Ф. Оксид азота в биомедицинских исследованиях // Вестник РАМН. 2000. № 4. С. 3.
  10. Граник В.Г., Григорьев Н.Б. Оксид азота (NO). Новый путь к поиску лекарств. М.: Вузовская книга, 2004.
  11. Malik M.A. Nitric Oxide Production by High Voltage Electrical Discharges for Medical Uses: A Review // Plasma Chem. Plasma Proc. 2016. V. 36. P. 737.
  12. Kincella J.P. Early Inhaled Nitric Qxide Therapy in Premature Newborns with Respiratory Failure // N. Engl. J. Med. 2006. V. 355. P. 354.
  13. Kumar P. Use of Inhaled Nitric Oxide in Preterm Infants // Pediatrics. 2014. V. 133. № 1. P. 164.
  14. Mathisen D.J., Kuo E.Y., Hahn C. et al. Inhaled Nitric Oxide for Adult Respiratory Distress Syndrome after Pulmonary Resection // Ann. Thor. Surg. 1998. V. 66. P. 1894.
  15. Карелин В.И., Буранов С.Н., Пименов О.А. и др. Плазмохимическая установка для NO-терапии // Медиаль. 2013. № 4. С. 46.
  16. Лапитан Д.Г., Глазков А.А., Рогаткин Д.А. Оценка возрастных изменений эластичности стенок периферических сосудов методом фотоплетизмографии // Мед. физика. 2012. № 1. С. 61.
  17. Липатов К.В., Сопромадзе М.А., Шехтер А.Б. и др. Применение газового потока, содержащего оксид азота (NO-терапия) в комплексном лечении гнойных ран // Хирургия. 2002. № 2. С. 41.
  18. Shekhter A.B., Serezhenkov V.A., Rudenko T.G. et al. Beneficial Effect of Gaseous Nitric Oxide on the Healing of Skin Wounds // Nitric Oxide. 2005. V. 12. P. 210.
  19. Buranova S.N., Gorokhova V.V., Karelina V.I., Selemir V.D., Shirshin A.S. Theoretical Modelling of the Development of the Positive Spark in Long Gaps // Tech. Phys. 2020. V. 65. № 5. P. 1252
  20. Babaeva N.Y., Buranov S.N., Naidis G.V., Ragimkha-nov G.B., Selemir V.D., Tereshonok D.V., Trenkin A.A., Khalikova Z.R., Shirshin A.S. Synthesis of Nitrogen Oxydes in the Pulse-periodic Diffuse Discharge in Air // Plasma Phys. Rep. 2022. V. 48. № 11. P. 1138.
  21. Kurbanismailov V.S., Omarova P.K., Ragimkha-nov G.B. et al. Synthesis of Nitrogen Oxydes in the Pulse-periodic Diffuse Discharge in Air // Plasma Phys. Rep. 2023. V. 49. P. 541.
  22. Jardali F., van Alphen S., Creel J. et al. NOx Production in a Rotating Gliding Arc Plasma: Potential Avenue for Sustainable Nitrogen Fixation // Green Chem. 2021. V. 23. P. 1748.
  23. Li Z., Nie L., Liu D., Lu X. Inside Front Cover // Plasma Processes Polym. 2022. V. 19. 2200071.
  24. Vervloessem E., Gorbanev Y., Nikiforov A. et al. Sustainable NOx Production from Air in Pulsed Plasma: Elucidating the Chemistry Behind the Low Energy Consumption // Green Chem. 2022. V. 24. P. 916.
  25. Zh. Shu, Qiao J., Yang Q., Song Y., Wang D., Xiong Q. In situ Probing of Atmospheric-pressure Warm Airglow Discharge for Nitrogen Fixation by Multiple Laser Spectroscopies // Plasma Sources Sci. Technol. 2023. V. 32. 025009.
  26. Tsonev I., Modhrain C., Bogaerts A., Gorbanev Y. Nitrogen Fixation by an Arc Plasma at Elevated Pressure to Increase the Energy Efficiency and Production Rate of NOx // ACS Sustainable Chem. Eng. 2023. V. 11. P. 1888.
  27. Каренгин А.Г. Плазменные процессы и технологии. Ч. 2. Учеб. пособ. Томск: Изд-во Томск. политех. ун-та, 2009. 144 с.
  28. Дорощенко И.А., Знаменская И.А., Кузнецов А.Ю., Мурсенкова И.В., Сысоев Н.Н. Исследование плазмодинамических процессов наносекундного диапазона при формировании ударных волн от импульсных разрядов // ЖТФ. 2018. Т. 88. Вып. 5. С. 684.
  29. Bayoda K.D., Benard N., Moreau E. Nanosecond Pulsed Sliding Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator for Airflow Control: Electrical, Optical, and Mechanical Characteristics // J. Appl. Phys. 2015. V. 118. P. 063301
  30. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Луцкий А.Е., Мурсенкова И.В. Энерговклад в пристеночный слой газа при инициировании наносекундного скользящего поверхностного разряда // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. Вып. 17. С. 35.
  31. Драбкина С.И. К теории развития канала искрового разряда // ЖЭТФ. 1951. Т. 21. Вып. 4. С. 473.
  32. Алмазова К.И., Белоногов А.Н., Боровков В.В., Горелов Е.В., Морозов И.В., Тренькин А.А., Харитонов С.Ю. Микроструктура искрового разряда в воздухе в промежутке острие–плоскость // ЖТФ. 2018. Т. 88. Вып. 6. C. 827.
  33. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде. Новосибирск: Наука, 1982. 255 с.
  34. Parkevich E.V., Medvedev M.A., Khirianova A.I., Ivanenkov G.V., Selyukov A.S., Agafonov A.V., Shpakov K.V., Oginov A.V. Fast Fine-scale Spark Filamentation and Its Effect on the Spark Resistance // Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. 125007.
  35. Naidis G.V. Simulation of Streamer-induced Pulsed Discharges in Atmospheric-pressure Air // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2009. V. 47. 22803.
  36. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. 2-е изд. М.: Наука, 1992. 592 с.
  37. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидравлическое сопротивление. Спр. пособ. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.
  38. Грицинин С.И., Князев В.Ю., Коссый И.А., Попов Н.А. Микроволновый факел как плазмохимический генератор окислов азота // Физика плазмы. 2006. Т. 32. С. 565.
  39. Аскарьян Г.А., Батанов Г.М., Быков Д.Ф., Коссый И.А. Микроволновые разряды в стратосфере и их влияние на озоновый слой // Тр. ИОФАН. М.: Наука, 1994. Т. 47. С. 9.
  40. Stark M.S., Harrison J.T., Anastasi C. Formation of Nitrogen Oxides by Electrical Discharges and Implications for Atmospheric Lightning // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. D6963.
  41. Janda M., Martišovitš M., Hensel K., Machala Z. Measuring NO and Temperature in Plasma Preheated Air Using UV Absorption Spectroscopy // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. V. 768. P. 012009.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diagram of energy input into the discharge.

Download (12KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Radial distributions of density (a) and gas velocity (b) at the end of the pulse action (5 μs) at r0 = 100 (1) and 10 μm (2).

Download (30KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Radial profiles of gas temperature (a) at r0 = 100 (1, 3, 5, 7) and 10 μm (2, 4, 6, 8) at the following times: 1, 2 – 2 μs; 3, 4 – 4; 5, 6 – 6; 7, 8 – 8; (b) at r0 = 30 μm at the time of 2 μs: 9 – λeff = 2λ, 10 – λeff = λ.

Download (37KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Temperature versus time on the discharge gap axis: 1 – r0 = 10 μm, 2 – 20, 3 – 30.

Download (14KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. NO concentration on the discharge axis versus time: 1 – r0 = 10 μm, 2 – 30, 3 – 100.

Download (16KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Total number of produced NO particles at r0 = 10 (1) and 100 μm (2).

Download (13KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Radial profiles of electron concentration at the end of the pulse: 1 – r0 = 10 μm, 2 – 20, 3 – 30, 4 – 100.

Download (15KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences