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电火花连锁微波放电等离子体装置及机理研究

常海军  
【摘要】:面对日益严峻的环境问题,人们对能源的利用率以及污染物的排放量提出了更高的要求,而汽车尾气的排放是城市空气受到污染的主要来源之一。带有浓烟的汽车尾气主要是因为发动机内燃料燃烧不充分,导致有害气体和颗粒物排放到空气中而形成的。因此,寻找一种新型的点火器来代替传统的火花塞点火器,达到增燃减废的效果是各国研究学者正在探索的问题。本文设计了电火花连锁微波放电产生等离子体用于发动机点火助燃的装置,具有大面积点火、促进燃烧、稳定可控等优点,有望成为替代火花塞点火器减少汽车尾气排放量的新型点火器。本文针对电火花连锁微波放电等离子体装置及机理展开了系统的研究,在电火花放电和微波放电的研究基础上,综合两种放电模式的特性,对电火花连锁微波放电等离子体点火进行了可行性分析,并设计了研究方案。所做的主要工作是:首先,设计了电火花连锁微波放电等离子体装置,介绍其组成结构和工作原理,提出了电火花连锁微波放电等离子体机理研究的实验方案;其次,利用Ansoft HFSS软件对微波在发动机燃烧室的谐振参数和电磁场分布情况进行了建模仿真,仿真结果表明:谐振腔体的谐振频率和品质因数与实际计算数值在一定的误差范围内,收敛明显,可用于实际应用,为以后的实验提供了理论依据;最后,搭建了电火花连锁微波放电等离子体的实验平台,使用圆柱形微波谐振腔代替发动机燃烧室,通过安装的温度、压力传感器,采集不同初始压力、不同微波入射功率下谐振腔体内压力变化的实验数据,绘制出了相应的曲线图,同时使用高速摄像机拍摄出谐振腔内点火助燃时的图像。通过对实验结果的对比分析,证明了电火花连锁微波放电等离子体点火比火花塞点火具有更大的点火面积、更快的点火速度、以及提高燃烧效率的优点,验证了电火花连锁微波放电等离子体点火助燃的可行性。


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