缸内增燃减废电火花连锁微波放电机理研究

发布时间：2017-08-20 08:05

  本文关键词：缸内增燃减废电火花连锁微波放电机理研究

  更多相关文章： 内燃机 等离子体 微波点火 电磁共振耦合 助燃 模型模拟

【摘要】：随着人们生活水平的提高,越来越多的家庭购买了汽车。汽车在提供交通便利的同时也带来了大量的空气污染,使用化石燃料的内燃机,他的燃烧并不充分,排放到空气中形成废气,这显然是和人类可持续发展的理念相违背。因此,更好的使燃料在内燃机的缸内进行充分燃烧是亟待解决的问题。相比于传统火花塞点火的电弧等离子体,等离子体具有密度大、活性高及温度低等诸多优异特性。微波点火作为一种处在研究室内的新型点火模式,在提高稀薄燃烧的方便有很大的促进作用。本论文依托于“缸内增燃减废电火花连锁微波放电机理研究”这一安徽省自然科学基金项目,通过搭建一种模拟微波放电等离子体在圆柱形谐振腔内助燃的实验平台,进而开展对缸内增燃减废电火花连锁微波放电机理的研究。本文结合已有的研究和资料,对等离子体的相关概念和微波点火放电在国内外的研究现状进行了总结。介绍了本论文拟采用的研究方法----电磁共振耦合放电方法,以高速照相对点火过程和燃烧过程进行动态测试,结合缸内气压测试、尾气成份检测及等离子体燃烧模拟仿真,研究火花连锁微波流注SWD在提高燃烧效率及减少废气方面的物理、化学机制。我们课题组在现有研究的基础上,搭建了缸内增燃减废电火花连锁微波放电机理这一研究平台。利用圆柱形谐振腔代替汽油机缸体,通过调节微波发生器来产生等离子体,进而来点燃甲烷CH4混合气体。使用设置在圆柱形谐振腔腔体内的各种传感器,采集不同初始压力、不同空燃比、不同微波输入功率条件下腔体内的气体压力数据变化曲线,同时利用高速照相机拍摄燃料燃烧时的图像。通过对数据进行分析,发现甲烷CH4混合气体的初始压力在0.1-0.3MPa范围内,能够产生相对比较大面积的微波等离子体,有助于微波点火；相反初始压力较大时,微波点火的性能显著下降。同时,数据分析和拍到的照片显示,在相同的压力下,微波源输入的功率大小也起到决定性的作用,输入的微波功率越大,产生的微波等离子体的面积越大,助燃的效果越好；低于400W以下的功率输入,采用微波等离子体点火和传统火花点火所产生的效果相差无几。但是,从采集到废气排放的标本中分析出,在相同外界条件下,微波点火助燃排放的废气中CO、CO2和NOx含量比传统点火排放的废气中同种物质含量偏低。这一探究可为内燃机微波点火技术在节能减排方面的产业应用提供科学依据。为了更好的探究微波点燃的特性,本文对甲烷CH4混合气体在微波功率电源作用下的可能燃烧路径进行分析和探究。对本课题中搭建的试验平台建立仿真模型,并使用COMSOL Multiphysics软件对微波点火助燃系统中电子密度、电子温度等进行仿真,来进一步研究微波点火的演化机制。
【关键词】：内燃机 等离子体 微波点火 电磁共振耦合 助燃 模型模拟
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.64
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 课题研究的背景及意义13-14
• 1.2 新型汽车技术在节能减排方面的发展现状14
• 1.3 等离子体的概念14-16
• 1.3.1 等离子体的特性16
• 1.3.2 等离子体的分类16
• 1.4 大气压等离子体射流16-22
• 1.4.1 大气压等离子体射流国内外研究现状17-22
• 1.5 论文主要研究内容及论文结构22-23
• 2 微波放电等离子体助燃的发展现状23-35
• 2.1 微波的概念23
• 2.2 微波的特性23-24
• 2.2.1 穿透性24
• 2.2.2 反射性24
• 2.2.3 吸收性24
• 2.3 微波运用于发动机点火的研究进展综述24-33
• 2.3.1 美国的发展现状25-28
• 2.3.2 俄罗斯的发展现状28-32
• 2.3.3 日本的发展现状32-33
• 2.3.4 国内的发展现状33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 微波放电试验平台的搭建与试验原理介绍35-43
• 3.1 微波放电试验平台35-36
• 3.2 微波放电试验数据采集系统36-37
• 3.3 微波谐振腔体的基本原理37-40
• 3.4 微波点火的试验内容与方法40
• 3.5 主要参数的计算40-42
• 3.5.1 谐振频率40-41
• 3.5.2 品质因数41
• 3.5.3 谐振电导41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 微波点火试验与模拟研究43-63
• 4.1 微波的点火试验43-48
• 4.1.1 不同初始压力下的微波击穿气体的试验现象43-46
• 4.1.2 不同功率下的微波击穿气体的试验现象46
• 4.1.3 传统点火和微波点火的试验对比46-48
• 4.2 微波点火助燃试验48-53
• 4.2.1 不同初始压力下的微波点火助燃气体的特性48-49
• 4.2.2 不同功率下的微波点火助燃气体的特性49-50
• 4.2.3 不同空燃比在传统点火和微波点火助燃的试验对比50-51
• 4.2.4 不同负荷在传统点火和微波点火助燃的试验对比51-53
• 4.3 基于COMSOL Multiphysics软件微波的点火试验模拟探究53-62
• 4.3.1 建立模型54-55
• 4.3.2 电子密度分析55
• 4.3.3 电子温度分析55-56
• 4.3.4 涉及的能量方程式56-59
• 4.3.5 不同的空燃比对微波助燃的探究59
• 4.3.6 甲烷CH_4混合气体机理探究59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 论文总结与展望63-65
• 5.1 论文总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 作者简介及读研期间主要科研成果71

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本文编号：705444