近年來天然氣作為清潔的一次能源受到了廣泛的重視,而甲烷作為天然氣的主要成分,由于其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和C-H鍵能高等特點(diǎn)使得燃燒反應(yīng)條件苛刻,等離子體的加入有助于克服這些缺點(diǎn);此外甲烷作為結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的碳?xì)淙剂?常用于等離子體輔助燃燒機(jī)理的研究,使得等離子體輔助甲烷燃燒成為了具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性且蓬勃發(fā)展的課題。目前等離子體輔助甲烷燃燒的相關(guān)研究未能全面探究各因素對(duì)助燃特性的影響,且現(xiàn)有研究在實(shí)驗(yàn)條件和燃燒特性對(duì)比上存在較大差異,本文針對(duì)以上存在的問題,通過物質(zhì)匹配、空間匹配以及能量匹配的視角,展開了等離子體輔助甲烷燃燒的研究工作如下:首先,設(shè)計(jì)并搭建了能夠?qū)崿F(xiàn)多因素變化以及特性參數(shù)觀測(cè)的等離子體輔助甲烷預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)而對(duì)等離子體和燃燒診斷的方法及原理進(jìn)行介紹,并發(fā)展了基于光譜分析的成像診斷方法,以及對(duì)等離子體輔助燃燒相關(guān)特性參數(shù)進(jìn)行討論和分析。其次,對(duì)等離子體輔助甲烷燃燒的物質(zhì)匹配特性展開了研究,建立了甲烷空氣混放電的等離子體化學(xué)模型,通過燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)仿真等理論研究手段,研究不同摩爾分?jǐn)?shù)的放電產(chǎn)物O、H、CH3和O3作為初始反應(yīng)物對(duì)甲烷空氣預(yù)混燃燒的點(diǎn)火延遲時(shí)間及火焰?zhèn)鞑ニ俾实忍匦缘挠?.. 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：107 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

等離子體燃燒的機(jī)理[6]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-幾個(gè)視角分類并進(jìn)行國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的綜述。1.2.1等離子體輔助燃燒物質(zhì)匹配特性的研究現(xiàn)狀等離子體也被稱為物質(zhì)的第四態(tài)，是指完全電離或部分電離的離子化氣態(tài)物質(zhì)。而在大氣壓條件下，可以通過對(duì)特定的物質(zhì)進(jìn)行放電產(chǎn)生等離子體。故對(duì)于不同的物質(zhì)，產(chǎn)生等離子體的難易程度、產(chǎn)生的等離子體對(duì)燃燒的影響有著不同的變化。在等離子體輔助燃燒的研究中，等離子體放電作用的物質(zhì)對(duì)象的變化，使得等離子體輔助燃燒效果隨著改變，其中等離子體放電下化學(xué)當(dāng)量比的變化�？梢哉J(rèn)為這些因素影響了等離子體輔助燃燒的物質(zhì)匹配關(guān)系。因而通過改變這些物質(zhì)對(duì)象的特性，研究等離子體作用燃燒的影響規(guī)律，可以用于探究其物質(zhì)匹配特性。在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行的等離子體輔助燃燒研究中，開展了很多相關(guān)的工作。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的MruthunjayaUddi等人[11]，對(duì)燃料/空氣混合器在納秒脈沖放電下產(chǎn)生的O原子進(jìn)行了測(cè)量。利用雙光子吸收激光誘導(dǎo)熒光方法，對(duì)不同放電物質(zhì)下（如空氣、甲烷/空氣、乙烯/空氣）的O原子濃度進(jìn)行測(cè)量，并且通過化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬的方法給出了O原子濃度的變化。圖1-2為當(dāng)量比為1時(shí)的O原子濃度變化，圖1-3為當(dāng)量比為0.5時(shí)的O原子濃度變化，圖中的點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)值，實(shí)線為利用燃燒機(jī)理文件GRIMech3.0的計(jì)算值�？梢钥闯�，在不同的當(dāng)量比下，等離子體產(chǎn)生的O原子物質(zhì)濃度的隨著發(fā)生變化。說明不同物質(zhì)匹配關(guān)系下，等離子體對(duì)燃燒的產(chǎn)生的效果會(huì)有變化。若要研究物質(zhì)匹配特性，需要進(jìn)行更為詳細(xì)的變化規(guī)律研究，本研究并對(duì)這個(gè)方向開展進(jìn)一步的工作。圖1-2空氣、空氣/甲烷單次高壓脈沖后氧原子摩爾分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系，當(dāng)量比為1[11]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-圖1-3空氣、空氣/甲烷單次高壓脈沖后氧原子摩爾分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系，當(dāng)量比為0.5[11]美國(guó)普林斯頓大學(xué)的TimothyOmbrello等人[12]，在進(jìn)行等離子體激發(fā)增強(qiáng)火焰?zhèn)鞑サ难芯恐�，除了涉及等離子體輔助燃燒的燃料流速對(duì)助燃效果的影響，還對(duì)O3濃度為0ppm及5000ppm時(shí)，改變化學(xué)當(dāng)量比為0.8至1.2的層流火焰速度進(jìn)行數(shù)值模擬，相關(guān)的結(jié)果如圖1-4所示。在不同化學(xué)當(dāng)量比下，由等離子體放電產(chǎn)生O3對(duì)助燃效果影響不同，隨著當(dāng)量比的增加，增強(qiáng)效果先下降后升高的規(guī)律，其中存在著物質(zhì)匹配關(guān)系的改變。該論文對(duì)此現(xiàn)象的解釋是，對(duì)于貧燃和富燃的預(yù)混火焰，其反應(yīng)活性和放熱相對(duì)較弱，有更高的提升空間，故對(duì)O3的加入更敏感。圖1-4O3濃度為0ppm/5000ppm層流火焰速度隨化學(xué)當(dāng)量比的變化[12]美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的Z.Yin等人[13]，測(cè)量了重復(fù)納秒脈沖板對(duì)板放電下預(yù)熱過的氫氣/空氣、乙烯/空氣的點(diǎn)火時(shí)間。該工作開展了化學(xué)當(dāng)量比在

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SrCeFeNiO6催化劑的制備及其催化甲烷燃燒性能研究[J]. 金麗瑛,解亞瓊,馬斌,王博遠(yuǎn),郭季,鄭建東.  合成化學(xué). 2020(02)
[2]等離子體點(diǎn)火與助燃技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用[J]. 于錦祿,黃丹青,王思博,于慶灝,程行遠(yuǎn),蔣陸昀,何立明.  航空發(fā)動(dòng)機(jī). 2018(03)
[3]臭氧對(duì)甲烷/空氣層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊懸?guī)律[J]. 肖迪,廉靜,紀(jì)少波,趙盛晉,徐懷民.  山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2017(04)
[4]等離子體強(qiáng)化燃燒的目前研究進(jìn)展[J]. 何立明,劉興建,趙兵兵,金濤,于錦祿,曾昊.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2016(07)
[5]火焰圖像法計(jì)算氣體層流燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)[J]. 常彥,王端陽(yáng),張錦萍,陳潞,黃思嘉,李娜,周屈蘭.  燃燒科學(xué)與技術(shù). 2013(04)
[6]等離子體助燃對(duì)燃燒產(chǎn)物影響的實(shí)驗(yàn)[J]. 趙兵兵,張鵬,何立明,杜宏亮.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2012(09)
[7]正癸烷燃燒反應(yīng)中OH,CH和C2自由基的瞬態(tài)發(fā)射光譜[J]. 王利東,李萍,張昌華,唐洪昌,葉彬,李象遠(yuǎn).  光譜學(xué)與光譜分析. 2012(05)
[8]N2第二正帶系發(fā)射光譜的理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究[J]. 翟曉東,丁艷軍,彭志敏,羅銳.  物理學(xué)報(bào). 2012(12)
[9]基于OH自由基A2Σ+→X2Πr電子帶系發(fā)射光譜的溫度測(cè)量技術(shù)[J]. 彭志敏,丁艷軍,楊乾鎖,姜宗林.  物理學(xué)報(bào). 2011(05)
[10]非平衡等離子體助燃低熱值氣體燃料[J]. 胡宏斌,徐綱,房愛兵,黃偉光.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2010(09)

博士論文
[1]基于同軸腔體的微波等離子體技術(shù)研究[D]. 王瑤瑤.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[2]大氣壓冷等離子體管內(nèi)傳播及射流特性實(shí)驗(yàn)研究[D]. 宋健.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]非平衡等離子體增強(qiáng)燃燒的光譜診斷研究[D]. 湯潔.中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所) 2011

碩士論文
[1]非平衡等離子體輔助甲烷燃燒的機(jī)理研究[D]. 鄔倩倩.大連理工大學(xué) 2018
[2]O2/H2O條件下CO/H2/CH4層流火焰?zhèn)鞑ニ俣妊芯縖D]. 劉佳琦.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[3]介質(zhì)阻擋放電非平衡等離子體輔助甲烷離解與氧化的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 許京.北京交通大學(xué) 2018
[4]三電極等離子體點(diǎn)火技術(shù)地面實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李寄.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[5]非平衡等離子體激勵(lì)甲烷離解和氧化的動(dòng)力學(xué)特性研究[D]. 張曉軍.北京交通大學(xué) 2017
[6]大氣等離子體射流炬設(shè)計(jì)及性能研究[D]. 蘇星.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[7]基于量子化學(xué)理論的等離子體助燃甲烷燃燒機(jī)制研究[D]. 張依婷.北京交通大學(xué) 2015
[8]微波等離子體點(diǎn)火與助燃放電裝置的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王冬雪.大連理工大學(xué) 2014
[9]等離子體助燃CH4燃料的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張浩.北京交通大學(xué) 2014
[10]非平衡等離子體對(duì)汽油和甲烷燃燒影響的數(shù)值模擬研究[D]. 王回春.合肥工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3124769