等离子体辅助甲烷氧化裂解的多参数影响研究

发布时间：2020-08-25 11:22

【摘要】：作为一种新型的点火助燃技术,等离子体助燃在快速加热气体、降低点火延迟时间、改善火焰稳定性,拓宽燃烧极限,增加火焰传播速率,降低污染物排放等方面具有非常重要的作用,被越来越多的研究者所关注。目前燃料燃烧特性的研究,大部分集中在高温着火及燃烧,低温裂解及氧化的数据相对缺乏。而低温氧化对于构建燃料燃烧的化学反应动力学机理有着至关重要的作用。因此,本文采用实验研究的方法对预混气温度为298-1173 K范围内甲烷的低温裂解及氧化特性开展研究。本文搭建了等离子体放电实验系统平台,采用参数化高压纳秒脉冲等离子体激励电源对甲烷的裂解和氧化进行实验研究,主要研究内容及结论如下:(1)不同稀释气体Ar/He/N2作用下甲烷裂解特性的实验研究不同稀释气体Ar/He/N2作用下甲烷裂解特性的实验研究表明,三种稀释气体等离子体与甲烷相互作用的机理不同,稀释气体Ar和He在放电过程中易于电离,放电功率和甲烷的转化率相比于稀释气体N2更高,而稀释气体N2在较大电压条件下才会放电,所需要的能量较高,并且放电区域的温度最高。(2)纳秒脉冲放电等离子体辅助甲烷裂解的多参数影响研究研究脉冲电压、脉冲重复频率、脉冲宽度等纳秒脉冲放电参数对CH4/He混合气体裂解过程的影响。控制混合物入口温度,探索不同混合物温度条件下纳秒脉冲放电对甲烷裂解路径的影响。研究发现,增加脉冲电压和频率能够显著提高有效能量的输入和甲烷裂解的程度,脉冲宽度则相反。C2、C3烃类产物的浓度随温度的升高先增大后减小,H2的浓度不断增加。在高温下,燃料的消耗急剧增加,甲烷的转化率最大为80.72%。(3)纳秒脉冲放电等离子体辅助甲烷氧化的多参数影响研究研究脉冲电压、脉冲重复频率、脉冲宽度等纳秒脉冲放电参数对CH4/02/He混合气体的氧化过程的影响。控制混合物入口温度,探索不同混合物温度条件下纳秒脉冲放电对甲烷氧化路径的影响。研究发现,加入氧气能够产生大量O、OH等激发态物质,显著增加甲烷的消耗。在中低温的时候,等离子体占主导作用,而在高温下,电子碰撞反应会受到抑制,热效应的作用更强,甲烷的转化率最大为82.49%,并对不同温度下的产物选择性进行了分析。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ038.4
【图文】：

一平板型与圆筒型介质阻挡放电结构Il0jFig】一Flatandcylin面caldielec州cbarrierdischa甩estructorell91

图２－３高压探头逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｈｉｇｈ邋Ｖｏｌｔａｇｅ邋Ｐｒｏｂｅ逡逑

图２－４高频电流探头逦

【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 郑殿峰;;低温等离子体点火乙炔/空气爆震特性试验[J];哈尔滨工业大学学报;2015年11期

2 杨卫东;;等离子体助燃技术发展与应用研究[J];科技经济导刊;2015年15期

3 穆海宝;喻琳;李平;汤成龙;王金华;张冠军;;CH_4/O_2/He混合气体作大气压介质阻挡放电处理后其燃烧特性的改变[J];高电压技术;2014年10期

4 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

5 杨凌元;李钢;赵丽娜;邢双喜;胡宏斌;徐燕骥;杜薇;朱俊强;;等离子体助燃旋流扩散火焰的光谱分析[J];工程热物理学报;2014年02期

6 朱剑明;彭代勇;;世界能源现状与内燃机的发展机遇[J];内燃机工程;2011年02期

7 王新新;;介质阻挡放电及其应用[J];高电压技术;2009年01期

8 夏胜国;何俊佳;;非平衡等离子体燃烧强化[J];高电压技术;2007年10期

9 蔡忆昔;刘志楠;赵卫东;李小华;;介质阻挡放电特性及其影响因素[J];江苏大学学报(自然科学版);2005年06期

相关硕士学位论文 前4条

1 高远;脉冲放电等离子体催化甲烷转化的研究[D];武汉工程大学;2017年

2 赵琼;低温等离子体降解VOCs的DBD反应器优化探索和产物分析[D];东华大学;2017年

3 刘肖;非平衡等离子体的产生机理及其对燃烧影响的研究[D];合肥工业大学;2015年

4 燕杰;低温等离子体处理技术及装置[D];中国石油大学;2011年

本文编号：2803636