介质阻挡放电非平衡等离子体辅助甲烷离解与氧化的实验研究

发布时间：2020-11-11 10:22

　　 非平衡等离子体特殊的理化特性在相关领域内都有应用及研究。燃烧效率一直是发动机等动力机械重点关注问题。而影响燃烧效率的主因便是燃烧的不充分,这主要由于反应过程中反应能量的不平衡进而影响化学反应过程,并最终影响了燃料的点火和最终燃烧过程。在等离子体助燃体系中,点火延迟时间的降低与稳定燃烧、实现低温条件下燃料的燃烧和点火等均是重点研究过程并取得了相关研究成果,这对于改善燃料燃烧效率具有重要意义。等离子体对燃料的离解和氧化阶段中燃料化学反应过程具有重要影响,此阶段产生的活性基团及组分对后期的点火和燃烧起到了重要作用。因此本文主要通过实验方法对此阶段进行研究和分析。本文主要对介质阻挡放电下的非平衡等离子体辅助CH4(甲烷)离解和氧化过程进行分析。通过NSD纳秒脉冲介质阻挡放电,交流介质阻挡放电两种不同放电形式对非平衡等离子体特性进行分析同时对燃料离解氧化过程进行研究。研究的相关内容如下:(1)NSD纳秒脉冲介质阻挡放电的实验研究主要对NSD纳秒脉冲的电学参数以及实验气压对放电特性、温度、产物浓度的影响进行了分析。并通过实验研究可知不同电学参数的调节其本质是对脉冲能量在时间维度上的调节。通过对能量路径的分析得出能量耗散较少,脉冲能量直接改变着反应区非平衡等离子体特性以及放电产物的浓度变化的结论。(2)交流介质阻挡放电的实验研究主要从输入功率、放电频率、放电功率等角度来分析其对放电特性、温度、产物浓度的影响。同时分析了交流放电能量效率以及能量路径,得出超过50%的能量未能有效利用于非平衡等离子体辅助CH4离解和氧化过程的结论。(3)两种不同放电形式的对比分析主要从不同燃空当量比下的放电特性、温度、产物浓度等角度进行展开,通过对比发现,NSD纳秒脉冲放电主要从较小时间尺度对放电过程进行作用其动力学效应显著,而交流放电则更多从较大时间尺度对放电过程进行作用其热效应明显。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK401
【部分图文】：

光激励形式主要是通过激光形式，因激光的成本较高，普遍采用电激??励形式产生非平衡等离子体。放电等离子体在增强燃烧过程中主要有三种激励效??应，其中主要以动力学效应为主，还有热力学效应，输运效应，如图１－２所示［２Ｑ］：???ＪＺＺＺＺＺＺＩＺＺＺＺｉｒ??ｍｍＢＭ??图１－２放电等离子体增强燃烧路径图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ?ｐａｔｈｗａｙｓ?ｏｆ?ｐｌａｓｍａ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ａｓｓｉｓｔｅｄ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??在等离子体放电过程中，三种效应方式共同作用于放电反应区内促进燃烧过??程的发生和进行，在放电过程中能量的沉积使得在固定区域内能量密度的增加，??同时产生温升效应，温度的升高加快了反应区内气体分子间化学反应的进行［２１］。??而因化学反应速率与能量成正比，在随着外加能量的输入，造成化学反应的快速??进行，从而形成增强燃烧的热力学效应。而动力学效应的产生方式是通过外加电??能的输入，通过电子的碰撞加速了反应区内能量的交换，使得燃料分子的反应能??量增大，促进了反应的发生，同时放电过程产生的活性粒子和基团在化学反应动??力学过程中起到主要的作用

光激励形式主要是通过激光形式，因激光的成本较高，普遍采用电激??励形式产生非平衡等离子体。放电等离子体在增强燃烧过程中主要有三种激励效??应，其中主要以动力学效应为主，还有热力学效应，输运效应，如图１－２所示［２Ｑ］：???ＪＺＺＺＺＺＺＩＺＺＺＺｉｒ??ｍｍＢＭ??图１－２放电等离子体增强燃烧路径图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ?ｐａｔｈｗａｙｓ?ｏｆ?ｐｌａｓｍａ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ａｓｓｉｓｔｅｄ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??在等离子体放电过程中，三种效应方式共同作用于放电反应区内促进燃烧过??程的发生和进行，在放电过程中能量的沉积使得在固定区域内能量密度的增加，??同时产生温升效应，温度的升高加快了反应区内气体分子间化学反应的进行［２１］。??而因化学反应速率与能量成正比，在随着外加能量的输入，造成化学反应的快速??进行，从而形成增强燃烧的热力学效应。而动力学效应的产生方式是通过外加电??能的输入，通过电子的碰撞加速了反应区内能量的交换，使得燃料分子的反应能??量增大，促进了反应的发生，同时放电过程产生的活性粒子和基团在化学反应动??力学过程中起到主要的作用

介质阻挡放电，其结构与电容器形式相似，因此电源激励形式主要以??脉冲或交流放电形式为主。目前介质阻挡放电结构主要以平板型介质阻挡型介质??阻挡放电［３７］为主，如图１－４所示：??Ｈｉｇｈ?ｖｏｌｔａｇｅ??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ???／??／?Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ??ｊ?Ｂａｒｒｉｅｒ??Ｈｉｇｈ?ｖｏｌｔａｇｅ?Ａ?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??ＡＣ?Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ?卿??Ｇｒｏｕｎｄ?????Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??（ａ）??６??
【参考文献】

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本文编号：2879069