非平衡等离子体的产生机理及其对燃烧影响的研究

发布时间：2017-07-08 07:14

  本文关键词：非平衡等离子体的产生机理及其对燃烧影响的研究

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【摘要】：近年稀薄燃烧技术在内燃机中得到了广泛应用,稀薄燃烧的优势在于能够提高燃油经济性和降低污染物排放。缺点在于随着空燃比提升,对于点火能量的要求更高,同时火焰传播速度也会降低。针对这两方面,对内燃机的点火和燃烧过程引入非平衡等离子体,利用其电子和自由基的高活性促进化学反应的进行。 本文利用纳秒脉冲放电产生非平衡等离子体,借助EEDF模型计算得出甲烷-空气中约化场强对电子能量分布的影响,结合反应路径进一步得到约化场强与放电能量沉积方向的相关性。对空气放电动力学与甲烷碰撞、电离的反应进行耦合形成混合气放电机理。运用等离子体求解器ZDPlasKin完成了放电过程的数值计算,研究了约化场强和脉冲重复频率对CH3、OH、O3、O及CH20这五种粒子数密度的影响。运用多区模型CHEMKIN解决燃烧过程的化学气相动力学问题,分别研究甲烷自点火与加入自由基后的燃烧过程,以点火延迟时间、热量释放速率、燃烧后未燃HC等作为参考,研究非平衡等离子体对点火和燃烧过程的影响。 主要结论：(1)约化场强在200～400Td之间时,沉积到激发N2和离解02的能量占放电能量比例达到最大；(2)CH3、H和O在脉冲放电时产生后快速消耗,为CH2O、OH、O3的积累起过渡作用,约化场强大致与自由基的数量密度呈正相关；(3)非平衡等离子体能降低甲烷的点火延迟时间、缩短燃烧所需时间、降低燃烧产物中未燃HC含量。
【关键词】：非平衡等离子体 纳秒脉冲放电 甲烷 燃烧
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-12
• 插图清单12-13
• 表格清单13-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 引言14
• 1.2 非平衡等离子体的概念14-15
• 1.3 非平衡等离子体的产生方式15-18
• 1.3.1 介质阻挡放电16-17
• 1.3.2 微波放电17
• 1.3.3 高压纳秒脉冲放电17-18
• 1.4 非平衡等离子体助燃的当前研究进展18-21
• 1.5 本文的研究内容21-22
• 第二章 放电过程电子能量分布及沉积方向22-33
• 2.1 放电过程模拟计算的机理22-23
• 2.2 电子能量区间对应的激发方式23-25
• 2.3 约化场强对电子能量分布的影响25-32
• 2.3.1 EEDF计算模型介绍26-28
• 2.3.2 电子密度计算28-29
• 2.3.3 EEDF计算结果29-32
• 本章小结32-33
• 第三章 放电参数对产生自由基的影响33-43
• 3.1 放电动力学模型33-34
• 3.2 放电过程的中间产物34-37
• 3.2.1 激发态氮分子34-36
• 3.2.2 CH_3与H原子36-37
• 3.3 放电参数对自由基的影响37-42
• 3.3.1 约化场强对于自由基浓度的影响38-40
• 3.3.2 脉冲频率对于自由基浓度的影响40-42
• 本章小结42-43
• 第四章 非平衡等离子体对甲烷的助燃研究43-53
• 4.1 燃烧过程的化学气相动力学模型43-45
• 4.2 自由基的加入对于点火延迟的影响45-49
• 4.3 稀燃条件下非平衡等离子体的助燃作用49-52
• 本章小结52-53
• 第五章 实验系统设计与搭建53-63
• 5.1 定容燃烧弹结构54
• 5.2 加热装置54-55
• 5.3 石英玻璃55-56
• 5.4 密封问题的处理56-57
• 5.5 点火电极57-59
• 5.6 高压纳秒脉冲电源59-62
• 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 工作展望64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 许家雨;章程;邵涛;段立伟;任成燕;严萍;;大气压空气中尖-尖间隙60kHz高压放电实验研究[J];高电压技术;2012年07期

2 张鹏;洪延姬;沈双晏;丁小雨;;等离子体强化点火的动力学分析[J];高电压技术;2014年07期

3 董刚,蒋勇,陈义良,王清安;大型气相化学动力学软件包CHEMKIN及其在燃烧中的应用[J];火灾科学;2000年01期

4 邵涛;严萍;张适昌;孙广生;;纳秒脉冲气体放电机理探讨[J];强激光与粒子束;2008年11期

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本文编号：533500