發(fā)布時間：2022-01-04 15:53

　　針對綠色無毒推進(jìn)劑航天器火箭發(fā)動機(jī)真空低溫條件下點火困難等問題,提出通過放電產(chǎn)生非平衡等離子體,利用其活化效應(yīng)改善發(fā)動機(jī)點火性能。為了研究氫、氧混合氣體放電產(chǎn)生的活性粒子的時間演化特性,利用Bolsig+求解器計算得到不同電子碰撞反應(yīng)能量損失分?jǐn)?shù)隨約化場強(qiáng)變化規(guī)律;利用ZDplaskin程序包對氫、氧混合氣體放電過程進(jìn)行零維仿真;研究了不同約化場強(qiáng)下混合氣體活性粒子隨時間變化規(guī)律。結(jié)果表明,不同約化場強(qiáng)下,氫、氧混合氣體中各類電子碰撞反應(yīng)消耗能量占比不同。約化場強(qiáng)較小的情況下,電子能量大部分被分子的碰撞激發(fā)所消耗;而約化場強(qiáng)較大的情況下,電子能量主要用于分子的離解與電離;約化場強(qiáng)大于100 Td時,放電過程電子濃度快速增大,更有利于活性粒子的生成與積累。 

【文章來源】：高壓電器. 2020,56(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

氫氧混合氣體能量損失分?jǐn)?shù)和約化場強(qiáng)關(guān)系

放電過程混合氣體中活性粒子數(shù)密度變化情況見圖3。從圖3中可以看出，O原子、H原子、OH自由基數(shù)密度變化趨勢基本一致：在放電初期快速增長，隨著放電的進(jìn)行增長速度減緩，到放電末期濃度趨于穩(wěn)定。其中O原子濃度最高，H原子濃度略高于OH自由基濃度。部分粒子反應(yīng)路徑見圖4。通過圖4(a)-(c)的反應(yīng)路徑分析發(fā)現(xiàn)，O原子的生成反應(yīng)速率大于消耗反應(yīng)速率且比H原子與OH自由基的生成反應(yīng)速率高一個數(shù)量級，從而O原子濃度不斷積累且顯著高于H原子與OH自由基濃度。H原子的反應(yīng)主要為O(1D)+H2→OH+H，該結(jié)論符合文[22]中實驗研究結(jié)果，說明激發(fā)態(tài)O原子有足夠高的活性快速促進(jìn)氣體分子裂解，在整個反應(yīng)中有重要的作用。OH自由基主要由O(1D)+H2→OH+H產(chǎn)生，與H原子的主要產(chǎn)生路徑相同，但消耗OH的反應(yīng)相對高于消耗H原子反應(yīng)的速率，因此數(shù)密度與H原子相近且略低于H原子數(shù)密度。圖4 部分粒子反應(yīng)路徑

圖3 活性粒子數(shù)密度變化趨勢激發(fā)態(tài)的氧原子O(1D)、O(1S)在放電末期數(shù)密度呈下降趨勢，這是因為激發(fā)態(tài)的氧原子O(1D)、O(1S)具有較高的活性，易于混合氣體中的氣體分子發(fā)生反應(yīng)被不斷消耗。激發(fā)態(tài)的氧分子O2(a1Δg)數(shù)密度在放電末期仍呈上升趨勢，而O2(b1∑g+)數(shù)密度出現(xiàn)了下降。通過圖4(d)激發(fā)態(tài)氧分子O2(a1Δg)的反應(yīng)路徑可以看出，在放電過程的末期反應(yīng)O2(b1∑g+)+H2→O2(a1Δg)+H2仍在進(jìn)行，不斷消耗O2(b1∑g+)生成O2(a1Δg)，從而使得O2(a1Δg)數(shù)密度上升O2(b1∑g+)數(shù)密度下降。

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