甲烷-空气混合气体放电等离子体增强点火机理分析

【摘要】：为研究放电过程产生的等离子体对缩短甲烷点火延迟时间的效果,针对脉冲式放电,本文耦合了密度方程、能量传递方程以及Boltzmann方程,对于甲烷-空气混合气体放电粒子浓度变化规律进行了研究分析。将计算得到的放电过程中激发态分子及活性自由基作为初始组份代入CHEMKIN中进行计算,计算了放电条件下等离子体对于甲烷点火延迟时间的影响。相比于附着过程,甲烷粒子弹性碰撞、激励、电离过程的碰撞截面要大2~5个数量级。随着粒子能量的增加,各个过程碰撞截面的变化并不单调,均存在碰撞截面最大的点。混合气体的激发过程导致了80%以上的能量损失。当约化场强逐渐增大时,甲烷的电离效应逐渐增强。混合气体的附着与弹性碰撞效应造成的能量损失比较小,相比激发与电离效应可以忽略。放电过程能够产生大量不同种类的活性粒子与自由基,不同活性粒子随时间变化的规律不相同。其中,随着放电,振动激发态氮分子浓度保持为1015/cm3量级。电子激发态氮分子粒子数密度随着放电的进行,在10-8s~10-7s会产生一个峰值。模型计算的单脉冲放电产生的活性粒子,在大多数点火温度下,可将点火延迟时间缩短10%以上。脉冲式放电对于甲烷-空气混合气体点火有显著的增强效果。 【作者单位】： 装备学院激光推进及其应用国家重点实验室;
【关键词】： 等离子体 物理模型 数值模拟 约化场强 粒子演化 点火延迟
【基金】：国家自然科学基金项目(11372356)
【分类号】：O539
【正文快照】： 1引言对于超燃冲压发动机,燃料以超声速流过燃烧室,燃料难以实现混合、点火以及化学能的充分释放。碳氢燃料来源广泛,能量密度高,但是燃料的点火延迟时间较长,高于燃料在燃烧室内停留的时间。因此,研究如何缩短碳氢燃料的点火延迟时间,促进其燃烧(增加火焰传播速度、提高燃烧

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