本文關(guān)鍵詞：缸內(nèi)增燃減廢電火花連鎖微波放電機理研究

  更多相關(guān)文章： 內(nèi)燃機 等離子體 微波點火 電磁共振耦合 助燃 模型模擬

【摘要】：隨著人們生活水平的提高,越來越多的家庭購買了汽車。汽車在提供交通便利的同時也帶來了大量的空氣污染,使用化石燃料的內(nèi)燃機,他的燃燒并不充分,排放到空氣中形成廢氣,這顯然是和人類可持續(xù)發(fā)展的理念相違背。因此,更好的使燃料在內(nèi)燃機的缸內(nèi)進行充分燃燒是亟待解決的問題。相比于傳統(tǒng)火花塞點火的電弧等離子體,等離子體具有密度大、活性高及溫度低等諸多優(yōu)異特性。微波點火作為一種處在研究室內(nèi)的新型點火模式,在提高稀薄燃燒的方便有很大的促進作用。本論文依托于“缸內(nèi)增燃減廢電火花連鎖微波放電機理研究”這一安徽省自然科學(xué)基金項目,通過搭建一種模擬微波放電等離子體在圓柱形諧振腔內(nèi)助燃的實驗平臺,進而開展對缸內(nèi)增燃減廢電火花連鎖微波放電機理的研究。本文結(jié)合已有的研究和資料,對等離子體的相關(guān)概念和微波點火放電在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了總結(jié)。介紹了本論文擬采用的研究方法----電磁共振耦合放電方法,以高速照相對點火過程和燃燒過程進行動態(tài)測試,結(jié)合缸內(nèi)氣壓測試、尾氣成份檢測及等離子體燃燒模擬仿真,研究火花連鎖微波流注SWD在提高燃燒效率及減少廢氣方面的物理、化學(xué)機制。我們課題組在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,搭建了缸內(nèi)增燃減廢電火花連鎖微波放電機理這一研究平臺。利用圓柱形諧振腔代替汽油機缸體,通過調(diào)節(jié)微波發(fā)生器來產(chǎn)生等離子體,進而來點燃甲烷CH4混合氣體。使用設(shè)置在圓柱形諧振腔腔體內(nèi)的各種傳感器,采集不同初始壓力、不同空燃比、不同微波輸入功率條件下腔體內(nèi)的氣體壓力數(shù)據(jù)變化曲線,同時利用高速照相機拍攝燃料燃燒時的圖像。通過對數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)甲烷CH4混合氣體的初始壓力在0.1-0.3MPa范圍內(nèi),能夠產(chǎn)生相對比較大面積的微波等離子體,有助于微波點火；相反初始壓力較大時,微波點火的性能顯著下降。同時,數(shù)據(jù)分析和拍到的照片顯示,在相同的壓力下,微波源輸入的功率大小也起到?jīng)Q定性的作用,輸入的微波功率越大,產(chǎn)生的微波等離子體的面積越大,助燃的效果越好；低于400W以下的功率輸入,采用微波等離子體點火和傳統(tǒng)火花點火所產(chǎn)生的效果相差無幾。但是,從采集到廢氣排放的標(biāo)本中分析出,在相同外界條件下,微波點火助燃排放的廢氣中CO、CO2和NOx含量比傳統(tǒng)點火排放的廢氣中同種物質(zhì)含量偏低。這一探究可為內(nèi)燃機微波點火技術(shù)在節(jié)能減排方面的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。為了更好的探究微波點燃的特性,本文對甲烷CH4混合氣體在微波功率電源作用下的可能燃燒路徑進行分析和探究。對本課題中搭建的試驗平臺建立仿真模型,并使用COMSOL Multiphysics軟件對微波點火助燃系統(tǒng)中電子密度、電子溫度等進行仿真,來進一步研究微波點火的演化機制。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)燃機 等離子體 微波點火 電磁共振耦合 助燃 模型模擬
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.64
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-23
• 1.1 課題研究的背景及意義13-14
• 1.2 新型汽車技術(shù)在節(jié)能減排方面的發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.3 等離子體的概念14-16
• 1.3.1 等離子體的特性16
• 1.3.2 等離子體的分類16
• 1.4 大氣壓等離子體射流16-22
• 1.4.1 大氣壓等離子體射流國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-22
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)22-23
• 2 微波放電等離子體助燃的發(fā)展現(xiàn)狀23-35
• 2.1 微波的概念23
• 2.2 微波的特性23-24
• 2.2.1 穿透性24
• 2.2.2 反射性24
• 2.2.3 吸收性24
• 2.3 微波運用于發(fā)動機點火的研究進展綜述24-33
• 2.3.1 美國的發(fā)展現(xiàn)狀25-28
• 2.3.2 俄羅斯的發(fā)展現(xiàn)狀28-32
• 2.3.3 日本的發(fā)展現(xiàn)狀32-33
• 2.3.4 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 3 微波放電試驗平臺的搭建與試驗原理介紹35-43
• 3.1 微波放電試驗平臺35-36
• 3.2 微波放電試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)36-37
• 3.3 微波諧振腔體的基本原理37-40
• 3.4 微波點火的試驗內(nèi)容與方法40
• 3.5 主要參數(shù)的計算40-42
• 3.5.1 諧振頻率40-41
• 3.5.2 品質(zhì)因數(shù)41
• 3.5.3 諧振電導(dǎo)41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 4 微波點火試驗與模擬研究43-63
• 4.1 微波的點火試驗43-48
• 4.1.1 不同初始壓力下的微波擊穿氣體的試驗現(xiàn)象43-46
• 4.1.2 不同功率下的微波擊穿氣體的試驗現(xiàn)象46
• 4.1.3 傳統(tǒng)點火和微波點火的試驗對比46-48
• 4.2 微波點火助燃試驗48-53
• 4.2.1 不同初始壓力下的微波點火助燃?xì)怏w的特性48-49
• 4.2.2 不同功率下的微波點火助燃?xì)怏w的特性49-50
• 4.2.3 不同空燃比在傳統(tǒng)點火和微波點火助燃的試驗對比50-51
• 4.2.4 不同負(fù)荷在傳統(tǒng)點火和微波點火助燃的試驗對比51-53
• 4.3 基于COMSOL Multiphysics軟件微波的點火試驗?zāi)M探究53-62
• 4.3.1 建立模型54-55
• 4.3.2 電子密度分析55
• 4.3.3 電子溫度分析55-56
• 4.3.4 涉及的能量方程式56-59
• 4.3.5 不同的空燃比對微波助燃的探究59
• 4.3.6 甲烷CH_4混合氣體機理探究59-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 5 論文總結(jié)與展望63-65
• 5.1 論文總結(jié)63
• 5.2 展望63-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-71
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果71

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本文編號：705444