等離子體助燃CH4燃料的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、等離子體助燃技術(shù)興起于軍用航空領(lǐng)域，并逐步應(yīng)用于能源、汽車、環(huán)保等領(lǐng)域，成為一個(gè)極具發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科，引起了越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。等離子體助燃技術(shù)的研究難點(diǎn)在于，等離子體助燃過(guò)程涵蓋了量子力學(xué)、燃燒學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)等學(xué)科，其中發(fā)生的物理、化學(xué)過(guò)程的時(shí)間尺度差異巨大而且相互耦合。本文采取模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的方法，以等離子體助燃過(guò)程中的電子和典型的非電子組分為研究對(duì)象，探索分析其對(duì)燃燒的強(qiáng)化作用。
　　電子能量

2、分布函數(shù)是建立等離子體助燃模型的必要條件，本文求解了Boltzmann方程，得到了助燃等離子體準(zhǔn)確的電子能量分布，與經(jīng)典的電子能量分布函數(shù)比較發(fā)現(xiàn)，Druyvesteyn分布可以代替Boltzmann方程的求解結(jié)果，這對(duì)于模型的簡(jiǎn)化具有十分重要的意義。
　　本文運(yùn)用有限元方法求解了一維等離子體助燃模型，獲得了電子密度、電子能量、電子及離子的遷移運(yùn)動(dòng)引起的電勢(shì)及電場(chǎng)強(qiáng)度的分布，同時(shí)，從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和等離子體熱效應(yīng)的角度，分析了典型

3、基團(tuán)對(duì)CH4燃燒的強(qiáng)化作用，結(jié)果表明，等離子體的存在不僅豐富了O的來(lái)源途徑，而且提高了O的生成速率，因此能夠顯著縮短點(diǎn)火延遲時(shí)間。等離子體中大量的O和N為氮氧化物的生成提供了極大的便利，等離子體的熱效應(yīng)主要源于氮氧化物的生成熱。
　　搭建了等離子體助燃平臺(tái)，對(duì)等離子體助燃火焰進(jìn)行了火焰形態(tài)、火焰溫度、V-A特性和發(fā)射光譜的測(cè)量。通過(guò)鞘層分析得出了影響探針電流的因素，依據(jù)V-A特性曲線及其它相關(guān)參數(shù)，估算了等離子體助燃火焰的電子密度