本文關鍵詞：基于量子化學理論的等離子體助燃甲烷燃燒機制研究

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【摘要】：等離子體助燃方式作為一種被廣泛應用的新型助燃方式,在航天、能源、環(huán)保等領域占有重要的地位。等離子體與燃燒體系的耦合,對燃燒的熱力、動力以及流體方面產(chǎn)生影響,造成了分析等離子體助燃機理的困難,故需結合等離子體物理、等離子體動力學、燃燒動力學、流體動力學,分析等離子體助燃機制以及對燃燒的強化效應。本文采用數(shù)值模擬與實驗測量相結合的方法,確定等離子體助燃甲烷主要的反應機理,研究助燃火焰的發(fā)射光譜,分析等離子體助燃甲烷燃燒的強化機制。 量子化學是描述化學微觀反應的學科,本文以量子化學為理論基礎,基于已初步探明的等離子體助燃甲烷燃燒的主要反應,利用量子化學計算軟件Gaussian分析助燃主要反應路徑CH4→CH3→CH2O→HCO→CO→CO2,確定反應O2+H、CH4+OH/O/H,CH3+O和CH20+OH/O/H的反應步驟及反應活化能,繪制反應勢能面,獲得主要反應的反應機理,并完善等離子體助燃甲烷的主要反應途徑。同時利用Gaussian軟件分析在等離子體助燃環(huán)境下主要基團的熱力學性質、結構特點、靜電勢分布及振動分布,得到主要基團的性質特征。 利用光譜儀測量等離子體助燃甲烷燃燒的火焰,獲得等離子體火焰不同部位的發(fā)射光譜,由于火焰不同部位包含的粒子不同,造成發(fā)射光譜的不同。改變輸入功率,研究發(fā)射光譜的改變情況,結果表明發(fā)射光譜的相對強度隨著輸入功率的增加而增加。此外利用LIFBASE軟件模擬N2+和OH的發(fā)射譜線,對比實驗測量結果擬合獲得N2+和OH隨著輸入功率變化的轉動溫度和振動溫度。 結合模擬與實驗結果,分析等離子體助燃甲烷燃燒的強化機制。結果表明,等離子體的加入致使活性基團濃度增加、燃燒溫度提高,增強基團活性并減少反應活化能達到強化燃燒的目的。
【關鍵詞】：等離子體助燃 反應機理 發(fā)射光譜 強化機制
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-24
• 1.2.1 等離子體助燃研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.2 甲烷燃燒反應機理研究現(xiàn)狀19-23
• 1.2.3 研究成果小結及今后研究方向展望23-24
• 1.3 本文研究目標及研究內容24-25
• 2 基于量子化學的模擬方法25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 量子化學理論25-31
• 2.2.1 薛定諤方程25-28
• 2.2.2 密度泛函理論28-31
• 2.3 勢能面31-34
• 2.4 頻率分析34-37
• 2.4.1 振動頻率的計算34-35
• 2.4.2 熱力學能與頻率的關系35-37
• 2.5 內稟反應坐標理論37-39
• 3 等離子體助燃甲烷燃燒主要基團的模擬分析39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 等離子體助燃甲烷主要反應分析39-42
• 3.3 等離子體助燃甲烷主要基團分析42-52
• 3.3.1 主要基團熱力學分析42-45
• 3.3.2 主要基團靜電分析45-48
• 3.3.3 主要基團頻率分析48-52
• 3.4 本章小結52-53
• 4 等離子體助燃甲烷燃燒主要反應的模擬分析53-79
• 4.1 引言53
• 4.2 氧氣和氫原子的反應模擬結果分析53-57
• 4.3 甲烷生成甲基的反應模擬結果分析57-60
• 4.4 甲基生成甲醛的反應模擬結果分析60-64
• 4.5 甲醛生成甲�；姆磻M結果分析64-75
• 4.5.1 甲醛與氧原子的反應64-68
• 4.5.2 甲醛與羥基的反應68-72
• 4.5.3 甲醛與氫原子的反應72-75
• 4.6 等離子體助燃甲烷燃燒途徑補充分析75-76
• 4.7 本章小結76-79
• 5 等離子體助燃甲烷燃燒的發(fā)射光譜特性研究79-103
• 5.1 引言79
• 5.2 發(fā)射光譜實驗方法79-90
• 5.2.1 發(fā)射光譜測試原理79-84
• 5.2.2 發(fā)射光譜儀參數(shù)的影響84-90
• 5.3 等離子體助燃甲烷燃燒的光譜測量90-100
• 5.3.1 火焰不同部位的光譜分布90-93
• 5.3.2 功率對光譜測量的影響93-95
• 5.3.3 光譜測量N2~+和OH的轉動溫度95-100
• 5.4 等離子體助燃甲烷強化規(guī)律分析100-102
• 5.5 本章小結102-103
• 6 全文總結與展望103-107
• 6.1 全文總結103-104
• 6.2 研究工作展望104-107
• 參考文獻107-113
• 作者簡歷113
• 參與研究的課題113-117
• 學位論文數(shù)據(jù)集

【參考文獻】

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本文編號：558996