甲烷-空氣混合氣體放電等離子體增強(qiáng)點(diǎn)火機(jī)理分析

【摘要】：為研究放電過(guò)程產(chǎn)生的等離子體對(duì)縮短甲烷點(diǎn)火延遲時(shí)間的效果,針對(duì)脈沖式放電,本文耦合了密度方程、能量傳遞方程以及Boltzmann方程,對(duì)于甲烷-空氣混合氣體放電粒子濃度變化規(guī)律進(jìn)行了研究分析。將計(jì)算得到的放電過(guò)程中激發(fā)態(tài)分子及活性自由基作為初始組份代入CHEMKIN中進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算了放電條件下等離子體對(duì)于甲烷點(diǎn)火延遲時(shí)間的影響。相比于附著過(guò)程,甲烷粒子彈性碰撞、激勵(lì)、電離過(guò)程的碰撞截面要大2~5個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著粒子能量的增加,各個(gè)過(guò)程碰撞截面的變化并不單調(diào),均存在碰撞截面最大的點(diǎn)?；旌蠚怏w的激發(fā)過(guò)程導(dǎo)致了80%以上的能量損失。當(dāng)約化場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大時(shí),甲烷的電離效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。混合氣體的附著與彈性碰撞效應(yīng)造成的能量損失比較小,相比激發(fā)與電離效應(yīng)可以忽略。放電過(guò)程能夠產(chǎn)生大量不同種類的活性粒子與自由基,不同活性粒子隨時(shí)間變化的規(guī)律不相同。其中,隨著放電,振動(dòng)激發(fā)態(tài)氮分子濃度保持為1015/cm3量級(jí)。電子激發(fā)態(tài)氮分子粒子數(shù)密度隨著放電的進(jìn)行,在10-8s~10-7s會(huì)產(chǎn)生一個(gè)峰值。模型計(jì)算的單脈沖放電產(chǎn)生的活性粒子,在大多數(shù)點(diǎn)火溫度下,可將點(diǎn)火延遲時(shí)間縮短10%以上。脈沖式放電對(duì)于甲烷-空氣混合氣體點(diǎn)火有顯著的增強(qiáng)效果。 【作者單位】： 裝備學(xué)院激光推進(jìn)及其應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【關(guān)鍵詞】： 等離子體 物理模型 數(shù)值模擬 約化場(chǎng)強(qiáng) 粒子演化 點(diǎn)火延遲
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11372356)
【分類號(hào)】：O539
【正文快照】： 1引言對(duì)于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī),燃料以超聲速流過(guò)燃燒室,燃料難以實(shí)現(xiàn)混合、點(diǎn)火以及化學(xué)能的充分釋放。碳?xì)淙剂蟻?lái)源廣泛,能量密度高,但是燃料的點(diǎn)火延遲時(shí)間較長(zhǎng),高于燃料在燃燒室內(nèi)停留的時(shí)間。因此,研究如何縮短碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火延遲時(shí)間,促進(jìn)其燃燒(增加火焰?zhèn)鞑ニ俣?、提高燃?

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