甲烷DBD燃烧强化中CH光谱测量及其燃烧仿真研究

【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。 【关键词】：非平衡等离子体 介质阻挡放电 燃料强化 甲烷 光谱 数值仿真
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O623.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-23
• 1.1 非平衡等离子体燃烧强化8-10
• 1.2 燃烧10-12
• 1.3 气体放电12-14
• 1.4 国内外研究现状14-21
• 1.5 本文研究的主要内容21-22
• 1.6 本文的组织结构22-23
• 2 DBD 放电实验装置及光谱测量23-28
• 2.1 DBD 放电实验装置23-24
• 2.2 实验参数24-26
• 2.3 光谱测量26-28
• 3 实验结果与分析28-57
• 3.1 甲烷放电特性和燃烧形态28-30
• 3.2 放电光谱测量30-40
• 3.3 火焰光谱测量40-49
• 3.4 分析与讨论49-55
• 3.5 本章小结55-57
• 4 CH、H 对甲烷燃烧影响的仿真57-67
• 4.1 模型建立57-59
• 4.2 CH 对甲烷燃烧的影响59-62
• 4.3 H 对甲烷燃烧的影响62-65
• 4.4 本章小结65-67
• 5 结语67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73

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