近年來天然氣作為清潔的一次能源受到了廣泛的重視,而甲烷作為天然氣的主要成分,由于其分子結構穩(wěn)定和C-H鍵能高等特點使得燃燒反應條件苛刻,等離子體的加入有助于克服這些缺點;此外甲烷作為結構最簡單的碳氫燃料,常用于等離子體輔助燃燒機理的研究,使得等離子體輔助甲烷燃燒成為了具有科學性和經(jīng)濟性且蓬勃發(fā)展的課題。目前等離子體輔助甲烷燃燒的相關研究未能全面探究各因素對助燃特性的影響,且現(xiàn)有研究在實驗條件和燃燒特性對比上存在較大差異,本文針對以上存在的問題,通過物質匹配、空間匹配以及能量匹配的視角,展開了等離子體輔助甲烷燃燒的研究工作如下:首先,設計并搭建了能夠實現(xiàn)多因素變化以及特性參數(shù)觀測的等離子體輔助甲烷預混燃燒實驗平臺,進而對等離子體和燃燒診斷的方法及原理進行介紹,并發(fā)展了基于光譜分析的成像診斷方法,以及對等離子體輔助燃燒相關特性參數(shù)進行討論和分析。其次,對等離子體輔助甲烷燃燒的物質匹配特性展開了研究,建立了甲烷空氣混放電的等離子體化學模型,通過燃燒反應動力學仿真等理論研究手段,研究不同摩爾分數(shù)的放電產(chǎn)物O、H、CH3和O3作為初始反應物對甲烷空氣預混燃燒的點火延遲時間及火焰?zhèn)鞑ニ俾实忍匦缘挠?.. 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

等離子體燃燒的機理[6]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-幾個視角分類并進行國內外研究現(xiàn)狀的綜述。1.2.1等離子體輔助燃燒物質匹配特性的研究現(xiàn)狀等離子體也被稱為物質的第四態(tài)，是指完全電離或部分電離的離子化氣態(tài)物質。而在大氣壓條件下，可以通過對特定的物質進行放電產(chǎn)生等離子體。故對于不同的物質，產(chǎn)生等離子體的難易程度、產(chǎn)生的等離子體對燃燒的影響有著不同的變化。在等離子體輔助燃燒的研究中，等離子體放電作用的物質對象的變化，使得等離子體輔助燃燒效果隨著改變，其中等離子體放電下化學當量比的變化�？梢哉J為這些因素影響了等離子體輔助燃燒的物質匹配關系。因而通過改變這些物質對象的特性，研究等離子體作用燃燒的影響規(guī)律，可以用于探究其物質匹配特性。在國內外進行的等離子體輔助燃燒研究中，開展了很多相關的工作。美國俄亥俄州立大學的MruthunjayaUddi等人[11]，對燃料/空氣混合器在納秒脈沖放電下產(chǎn)生的O原子進行了測量。利用雙光子吸收激光誘導熒光方法，對不同放電物質下（如空氣、甲烷/空氣、乙烯/空氣）的O原子濃度進行測量，并且通過化學動力學模擬的方法給出了O原子濃度的變化。圖1-2為當量比為1時的O原子濃度變化，圖1-3為當量比為0.5時的O原子濃度變化，圖中的點為實驗值，實線為利用燃燒機理文件GRIMech3.0的計算值�？梢钥闯�，在不同的當量比下，等離子體產(chǎn)生的O原子物質濃度的隨著發(fā)生變化。說明不同物質匹配關系下，等離子體對燃燒的產(chǎn)生的效果會有變化。若要研究物質匹配特性，需要進行更為詳細的變化規(guī)律研究，本研究并對這個方向開展進一步的工作。圖1-2空氣、空氣/甲烷單次高壓脈沖后氧原子摩爾分數(shù)與時間的關系，當量比為1[11]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-4-圖1-3空氣、空氣/甲烷單次高壓脈沖后氧原子摩爾分數(shù)與時間的關系，當量比為0.5[11]美國普林斯頓大學的TimothyOmbrello等人[12]，在進行等離子體激發(fā)增強火焰?zhèn)鞑サ难芯恐�，除了涉及等離子體輔助燃燒的燃料流速對助燃效果的影響，還對O3濃度為0ppm及5000ppm時，改變化學當量比為0.8至1.2的層流火焰速度進行數(shù)值模擬，相關的結果如圖1-4所示。在不同化學當量比下，由等離子體放電產(chǎn)生O3對助燃效果影響不同，隨著當量比的增加，增強效果先下降后升高的規(guī)律，其中存在著物質匹配關系的改變。該論文對此現(xiàn)象的解釋是，對于貧燃和富燃的預混火焰，其反應活性和放熱相對較弱，有更高的提升空間，故對O3的加入更敏感。圖1-4O3濃度為0ppm/5000ppm層流火焰速度隨化學當量比的變化[12]美國俄亥俄州立大學的Z.Yin等人[13]，測量了重復納秒脈沖板對板放電下預熱過的氫氣/空氣、乙烯/空氣的點火時間。該工作開展了化學當量比在

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本文編號：3124769