Modeling of Spark to Ignition Transition in Gas Mixtures

Popular Abstract in Swedish
Den här avhandlingen behandlar modeller för studier av gnist-urladdningar i kemiskt icke-reagerande gaser. Modellerna är härledda från grundläggande principer inom ramen för kontinuums mekanik. De processer som sker under övergången från en gnista till en flamma kan delas upp i fysikaliska och kemiska processer. Denna studie är inriktad på de fysikaliska processerna. Plasmat i gnistan betraktas som ett material bestående av en enstaka substans. En och två-demensionella modeller har utvecklats. Transformeringen av elektrisk energi till termisk energi hos gasen och dess redistribution i tid och rum, tillsammans med utvecklingen av plasma- kanalen har studerats i tidsområdet mellan 10 nanosekunder och 40 mikro- sekunder. I fallet med ultrasnabba gnistor, inkluderas utbredningen av shockvågen, samt reflektion från en vägg. Influensen av elektrodernas form, samt deras inbördes avstånd, har visat sig vara en dominerande faktor på strukturen hos gasflödet. Det har observerats att gasflödet som har uppkommit under det tidiga skedet, i stort sätt kvarstår under senare skeden och kraftigt påverkar formen och utvecklinen av den varma kanalen. Elektrodernas geometri och konfiguration är ansvariga för utvecklingen av gasflödet. Styrkan hos de virvlar som bildats i gasflödet påverkas av effektinladdningen i elektrodgapet och den plats där de bildas är bestämd av elektrodernas form och konfiguration. I fallet med ultra- snabba gnistor domineras värmeöverföringen efter 2 mikrosekunder av konvektion och diffusion. Den kraftiga gasomblandning som uppkommer pga hydrodynamiska effekter, samt elektrodernas geometri, tyder på att den magnetiska pinch-effekten kan vara försumbar. Denna modell kan producera realistiska startvillkor för studier av antändningsprocesser i brännbara gaser, till exempel i förbränningmotorer. Slutligen presenteras en modell för gaser med multipla komponenter. En kemisk reaktionsmekanism för dissociation och jonisation har introducerats. De preliminära resultaten tyder på att dissociations och jonisationsprocesser, och även bildningen av NO, kan studeras vid ett tidigt skede av en urladdningsprocess. Denna modell kan ytterligare utveklas för studier av flaminitiering och utbredning i en bränsle-luft blandning genom att introducera en lämplig kemiskt reaktionsmekanism.