大气压氩等离子体射流对甲烷的助燃研究

论文摘要

大气压氩等离子体射流是一种非平衡等离子体,能够产生大量的电子、正离子、激发态粒子和活性基团,由于这些活性粒子能够大大降低活化能,在辅助燃烧的过程中具有非常重要的作用。本实验是在大气开放环境中,通过施加46 kHz的交流电压产生的氩等离子体射流,在自行设计的十字型燃烧器中分别进行了非预混火焰和预混火焰等离子体射流辅助燃烧的实验研究。我们首先研究了作为载气的氩气流量和为了产生射流施加交流电压的幅值对非预混火焰的影响,以及火焰根部的自由基发射的光谱强度的变化规律。实验发现用增大氩气的流量来模拟的气流场对火焰形态的变化影响显著,但是火焰根部的自由基粒子的光谱强度随电压的变化规律不是很明显,这主要是因为增加氩气流量改变了气流场的同时对甲烷也起到一定的稀释作用。电场的加入使非预混火焰随着放电电压的增大,火焰抖动更加剧烈并上下振荡,形成推举火焰,火焰总体长度变短,火焰面出现褶皱,但是火焰根部蓝色区域面积不断扩大,大约占总火焰面积的1/2,说明燃烧更加充分剧烈。从光谱图中发现电压达到16 kV时,自由基的光谱强度出现增强,但电压为22 kV时,光谱强度却出现下降,这是因为当电压为22 kV时,等离子体使得管内气体流速增大,导致燃烧区域（观察区）发生移动远离喷口,在光谱的采集过程中,使采集到的火焰根部范围缩小。在预混火焰助燃的过程中,我们通过改变氧气的含量得到不同的预混比例,进而研究了大气压氩等离子体射流对预混火焰的影响。通过在不同放电电压下火焰形态的对比分析,以及对有无电场时火焰根部的光谱进行对比,测量了当量比Φ=8、4、2时自由基OH（A-X）、CH（A-X）、C2（d）发射的强度随电压的变化规律。利用谱线拟合法对预混火焰根部的气体温度进行了诊断研究,实验发现火焰根部自由基的强度随电压的增大而增强。并在当量比为4时,利用预混火焰中自由基CH（A2Δ→X2П）发射的带光谱测量了分子的转动温度,从而确定了火焰根部的气体温度,发现气体温度保持在2200±100 K这个固定值附近并不随电压的增加发生变化。这说明等离子体射流对火焰温度的改变影响很小,其主要原因是等离子体射流在起到电子碰撞解离大分子产生自由基作用的同时使得热量快速散失的热对流也得到增强,两者相抵从而抑制了等离子体火焰部分气体温度的升高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 等离子体概述及其分类
•     1.1.1 等离子体的概念及其分类
•     1.1.2 大气压等离子体的基本放电形式
•   1.2 等离子体助燃研究进展
•   1.3 研究背景与内容
•     1.3.1 研究背景
•     1.3.2 研究内容
• 2 实验与测量系统
•   2.1 大气压射流等离子体助燃甲烷的发生装置
•   2.2 大气压等离子体助燃甲烷的光学测量系统
• 3 非预混火焰的实验探究
•   3.1 氩气流量对非预混火焰的影响
•     3.1.1 氩气流量对火焰形态的影响
•     3.1.2 氩气流量对非预混火焰影响的光谱诊断
•   3.2 放电电压对非预混火焰的影响
•     3.2.1 放电电压对火焰形态的影响
•     3.2.2 放电电压对非预混火焰影响的光谱诊断
• 4 预混火焰的实验探究
•   4.1 不同燃空比下火焰形态的变化
•   4.2 预混火焰形态随放电电压的变化
•   4.3 预混火焰的光谱诊断
•   4.4 预混火焰的气体温度测量
•   4.5 对今后工作的进一步展望
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 白阳

导师: 李寿哲

关键词: 大气压,等离子体射流,助燃,甲烷,发射光谱

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,无机化工,有机化工

单位: 大连理工大学

分类号: TQ038.4;O53

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.000883

总页数: 49

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