大气压非平衡甲烷-空气等离子体射流推进机理仿真研究
发布时间：2022-01-01 01:08
甲烷是一种具有广阔前景的能源。目前,将甲烷转化为液体化学品,以及以甲烷作为背景气体的非平衡等离子体射流正逐渐成为研究热点。本文首先通过零维全局模型研究了大气压室温下甲烷部分氧化为氧化物和合成气时,甲烷摩尔分数对等离子体动力学特性的影响。发现随着功率密度脉冲的周期性变化,电子密度和电子温度也呈现周期性变化。讨论了自由基,离子和稳态分子的数密度与仿真时间和CH4/O2摩尔比的关系。计算了原料气体的转化率,重要产物的选择性和收率以及生产甲醇和甲醛的最佳甲烷含量。此外,通过分析主导反应路径,发现CH3自由基是生成含氧化合物的关键中间体。随后,在第三章中,使用二维流体模型研究射流的推进机理以及甲烷流速对流注的影响。发现在主雪崩以及次级雪崩的产生过程中流注向前推进。当甲烷流速为2.5 m/s时,随着流注的前进,其头部结构从空心“圆环”形逐渐转变为实心“圆盘”形,而在20m/s时,流注头部始终保持空心“圆环”形。随着甲烷流速的增加,气体混合层中的空气含量有所降低。流注中的活性自由基和含有N原子或O原子的离子的产量减少,这使得流注头部的空间电荷密度变小,从而导致该处的局部电场减小。因此,流注传播速度随...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３几种典型的流注电极配置??１．２．２放电机理??
?第１章引言???的漂移方向是从阴极到阳极，流注的传播方向是从阳极到阴极。当电压增加到某??个阈值后，阳极附近会形成主雪崩，在主雪崩前面会有高能光子产生，随后，光??子诱发了光电子的产生，增加了正空间电荷的密度，从而使流注头部前面的电场??得到增强，激发了二次雪崩。此过程循环往复，推动流注前进，如图１．４所示。??当流注传播到相对电极后，电介质板的存在使导电通道无法形成，流注继续以电??离波的形式沿着电介质板的表面传播。在均匀混合的气体中，流注的传播路径较??为随机，往往出现分支结构。由于本研究中甲烷通过电介质管流入充满空气的空??间，气体并未均匀混合，因此，流注的结构与均匀混合气体中产生的流注略有不??同，其总是沿着射流轴线传播，并且流注主体始终在甲烷含量大于９９．９％的甲烷??核中。在第三章中，详细的展示了流注的传播过程，并对其进行了细致地分析。??Ａ?ｒｒ＋??ｔ，?；＋丈?＋?一??棒??ｈｒ??Ｃ????图１．４正流注传播机理??１．３本文研究重点??随着生物医学和材料科学等领域的不断发展以及对低温等离子体研宄的不??断深入，大气压等离子体射流受到的关注日益增加。本文从低温等离子体化学和??流注推进机理两方面大气压非热平衡ＤＢＤ等离子体的放电过程进行了仿真分析。??我们按仿真模型的维度将具体的研究划分为两章内容。第二章建立的零维模型??包括了?８２种物质和８８５个化学反应，其主要研究物质的转化关系，即ＤＢＤ化??学过程。我们主要关注进料气体，即甲烷和氧气的转化率以及甲醇、甲醛和合成??气的选择性与收率。同时，为了进一步探究甲烷－氧气低温等离子体放电中的反??应机理，还对甲醇、甲醛和甲
?Ｃ２Ｈ：，?Ｃ２Ｈ：，?Ｃ２Ｈ：，?Ｃ２Ｈ；，?Ｃ２Ｈ；??ｒａｄｉｃａｌｓ?Ｈ，?Ｏ，?ＯＨ，?ＨＯ２，?Ｃ，?ＣＨ，?ＣＨ２，?ＣＨｓ，?ＣＨＯ，?ＣＨ２ＯＨ，?ＣＨｓＯ，?ＣＨ３Ｏ２，?Ｃ２，?Ｃ２Ｈ，?Ｃ２Ｈ３，?Ｃ２Ｈ５，??Ｃ２ＨＯ，?ＣＨ２ＣＨＯ，?ＣＨ３ＣＯ，?Ｃ２Ｕ５Ｏ，?Ｃ２Ｈ５Ｏ２，?Ｃ３Ｈ５，?Ｃ３Ｈ７??ｅｘｃｉｔｅｄ?ｓｐｅｃｉｅｓ?Ｈ；，０＊，ＨｕＯ＊，Ｏ；，ＣＨ；，Ｃ２Ｈ；，Ｃ２Ｈ：，Ｃ２Ｈ：??２．３结果与讨论??２．３．１功率沉积与电子特性??图２．１展示了甲烷摩尔分数为１０％，?３０％，５０％，?７０％和９０％的情况下，在??前五个周期内，电子密度随仿真时间的变化。为清楚起见，还绘制了施加的功率??密度脉冲（灰色梯形实线）。可以看出，电子密度的变化表现出明显的周期性行??为。对于这前五个脉冲周期，ＣＨ４／０２摩尔比越大，产生的电子越多。这是因为??〇２的吸附反应可以有效地捕获电子。实际上，ＤｅＢｉｅ等人［２９］也发现，在ＣＨ４／０２??体系中，离子密度可以比电子密度高三个数量级，而在ＣＨ４／Ｃ０２体系中，电子密??度与正离子密度的数量级相同。??ｘｌＯ１５?ｘｌＯ６?，?＾??３０１?［??＂■，…丨－３０％?Ｉ??２５?－?二＝?／?…??——９０％??２．０－?ｋ?Ｉ?＇?〇－８???????，??／?＿／??Ｉ１－５＇?Ａ?＾??＃?／?；?／?＇?－??１．０－?？?０－４??：：：??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?Ｌ０??Ｔ?（Ｓ）?ｘｌＯ－６??图２．１甲烷摩尔分数为１０％，?３０％，５０％，?７
【参考文献】：
期刊论文
[1]The kinetic studies of direct methane oxidation to methanol in the plasma process[J]. INDARTO Antonius,CHOI Jae-Wook,LEE Hwaung,SONG Hyung Keun. Chinese Science Bulletin. 2008(18)
博士论文
[1]大气压冷等离子体射流二维流体模拟研究[D]. 晏雯.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]针—环电极作用下大气压冷等离子体射流二维数值模拟研究[D]. 连国庆.大连理工大学 2016
[2]甲烷和水蒸汽介质阻挡放电转化研究[D]. 刘永卫.天津大学 2008
本文编号：3561352
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３几种典型的流注电极配置??１．２．２放电机理??
?第１章引言???的漂移方向是从阴极到阳极，流注的传播方向是从阳极到阴极。当电压增加到某??个阈值后，阳极附近会形成主雪崩，在主雪崩前面会有高能光子产生，随后，光??子诱发了光电子的产生，增加了正空间电荷的密度，从而使流注头部前面的电场??得到增强，激发了二次雪崩。此过程循环往复，推动流注前进，如图１．４所示。??当流注传播到相对电极后，电介质板的存在使导电通道无法形成，流注继续以电??离波的形式沿着电介质板的表面传播。在均匀混合的气体中，流注的传播路径较??为随机，往往出现分支结构。由于本研究中甲烷通过电介质管流入充满空气的空??间，气体并未均匀混合，因此，流注的结构与均匀混合气体中产生的流注略有不??同，其总是沿着射流轴线传播，并且流注主体始终在甲烷含量大于９９．９％的甲烷??核中。在第三章中，详细的展示了流注的传播过程，并对其进行了细致地分析。??Ａ?ｒｒ＋??ｔ，?；＋丈?＋?一??棒??ｈｒ??Ｃ????图１．４正流注传播机理??１．３本文研究重点??随着生物医学和材料科学等领域的不断发展以及对低温等离子体研宄的不??断深入，大气压等离子体射流受到的关注日益增加。本文从低温等离子体化学和??流注推进机理两方面大气压非热平衡ＤＢＤ等离子体的放电过程进行了仿真分析。??我们按仿真模型的维度将具体的研究划分为两章内容。第二章建立的零维模型??包括了?８２种物质和８８５个化学反应，其主要研究物质的转化关系，即ＤＢＤ化??学过程。我们主要关注进料气体，即甲烷和氧气的转化率以及甲醇、甲醛和合成??气的选择性与收率。同时，为了进一步探究甲烷－氧气低温等离子体放电中的反??应机理，还对甲醇、甲醛和甲
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【参考文献】：
期刊论文
[1]The kinetic studies of direct methane oxidation to methanol in the plasma process[J]. INDARTO Antonius,CHOI Jae-Wook,LEE Hwaung,SONG Hyung Keun. Chinese Science Bulletin. 2008(18)
博士论文
[1]大气压冷等离子体射流二维流体模拟研究[D]. 晏雯.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]针—环电极作用下大气压冷等离子体射流二维数值模拟研究[D]. 连国庆.大连理工大学 2016
[2]甲烷和水蒸汽介质阻挡放电转化研究[D]. 刘永卫.天津大学 2008
本文编号：3561352
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