激光激活氣體反應(yīng)分子助燃CH4-O2-N2燃燒的數(shù)值研究.pdf

1、目前能源危機(jī)中能源利用效率低的現(xiàn)狀以及航空動力學(xué)中超燃沖壓發(fā)動機(jī)研制所面臨的穩(wěn)定燃燒困難問題，對燃料的燃燒速率和效率提出了更高的要求，針對此問題，本文提出了飛秒激光誘導(dǎo)等離子助燃技術(shù)。通過飛秒激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體中存在著大量的激發(fā)態(tài)組分和自由基，這些活性粒子的存在增加了燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率，從而可以提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，實現(xiàn)助燃的效果。
　　本文首先分析了激光激活氣體反應(yīng)分子助燃的可行性，在CHEMKIN軟件中，利用層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ?/p>

2、度計算器模塊并結(jié)合飛秒激光作用下的甲烷燃燒機(jī)理，建立起了飛秒激光激活氣體反應(yīng)分子的助燃模型。通過該模型分析了激光誘導(dǎo)等離子產(chǎn)生的幾種活性組分對層流預(yù)混火焰的影響。最后通過敏感性分析并結(jié)合產(chǎn)物生成速率分析的方法對O和O2(a1Δg)的助燃機(jī)理進(jìn)行了分析。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)混氣體中O、O3的存在都可以在整個當(dāng)量比的范圍內(nèi)提高火焰?zhèn)鞑ニ俣纫约癏、O、OH組分的濃度，實現(xiàn)助燃的效果。CH3和CH2只對當(dāng)量比小于一定界限的貧燃料火焰才具有助燃作

3、用。激發(fā)態(tài)組分O2(a1Δg)和O2(b1Σg+)的存在都可以明顯提高火焰?zhèn)鞑ニ俣群虷、O、OH的濃度，但是O2(a1Δg)的助燃效果不如O2(b1Σg+)明顯。分析發(fā)現(xiàn)，N2(A3Σu+)和O2作用時可以將O2激發(fā)為O2(a1Δg)、O2(b1Σg+)或者解離為O，實現(xiàn)對層流預(yù)混火焰的助燃效果，同時N2(A3Σu+)還可以和H2作用將其解離為H，通過提高預(yù)混氣體中H的濃度而實現(xiàn)助燃。通過對甲烷燃燒機(jī)理分析發(fā)現(xiàn)，H+O2?O+OH這個反