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甲烷DBD燃烧强化中CH光谱测量及其燃烧仿真研究

丁玉柱  
【摘要】:非平衡等离子体燃烧强化是指将燃料或燃料/空气混合气经过放电区域,利用放电产生的非平衡等离子体的化学活性,改善燃料的点火性能,提高稳定性、燃烧速度以及燃烧极限的一种新技术,是介质阻挡放电的一个新应用,在超音速燃烧和稀薄燃烧等领域有着潜在的应用前景。关于这方面的研究近几年才开始在国外见诸报导,对其燃烧效果和强化机制还处于实验探索阶段,需要做的研究工作还有很多。 本文首先利用同轴介质阻挡放电结构对甲烷以及甲烷/空气混合气进行放电,研究了介质阻挡放电特性,用光谱仪测量了甲烷DBD放电时的光谱。实验表明在放电区域内产生了CH、H粒子,CH光谱强度随放电电压、频率、放电区长度的增加而增强,分析了这种现象出现的原因。同时实验表明N2对甲烷DBD放电中的CH光谱强度增加有影响。 然后将处理后的燃料与空气混合、燃烧,分析了DBD放电对燃烧火焰光谱及形态的影响。分析了燃烧火焰根部和中部内光谱以及火焰形态的变化趋势,总结了放电频率、电压、混合方式等对甲烷燃烧的影响规律。根据实验结果,我们认为:CH、H可能是导致甲烷燃烧火焰变化的一个原因。 为验证CH、H对甲烷燃烧火焰产生的影响,在Fluent里进行了CH、H对甲烷燃烧火焰影响的仿真计算。仿真结果表明,CH、H可使燃烧火焰内OH粒子浓度增加,且OH向喷嘴靠拢;燃烧火焰随CH、H粒子浓度增加向喷嘴靠近,并随H浓度增加可能产生回火现象。这些变化趋势跟实验中CH、H与燃烧火焰的变化趋势是相同的,证明了CH、H是甲烷燃烧火焰变化的一个原因。


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