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单头部模型燃烧室滑动弧等离子体点火数值仿真研究

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空军工程大学学报 2024年第4期25卷 21-27页

作者：陈威陈一屈美娇胡长淮朱益飞张祥汤朝伟侯豪豪西安工程大学机电工程学院西安710600 航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学航天航空学院西安710049 空军工程大学航空工程学院西安710038 南京航空航天大学能源与动力工程学院南京210016

针对航空发动机燃烧室内滑动弧等离子体点火的特性,采用数值模拟的方法对航空发动机单头部模型燃烧室进行滑动弧等离子体点火研究,将滑动弧等离子体简化为动态热源,并将滑动弧等离子体点火与电火花点火对比,归纳2种点火方式下燃烧室点... 详细信息

针对航空发动机燃烧室内滑动弧等离子体点火的特性,采用数值模拟的方法对航空发动机单头部模型燃烧室进行滑动弧等离子体点火研究,将滑动弧等离子体简化为动态热源,并将滑动弧等离子体点火与电火花点火对比,归纳2种点火方式下燃烧室点火过程中温度分布与火焰演化的规律,总结滑动弧等离子体点火的特性。计算结果表明,电火花点火和滑动弧等离子体点火2种点火方式所能达到的平均温度峰值基本相同。在滑动弧等离子体点火过程中,放电功率为200 W、空气流量为25 m^(3)/h条件下,余气系数为1时,着火延迟时间为224.6 ms;余气系数为2时,着火延迟时间为324.9 ms;余气系数为4时,着火延迟时间为878.7 ms。另外,在放电功率为200 W、余气系数为1的条件下,当空气流量为15 m^(3)/h时,着火延迟时间为194.8 ms;空气流量为35 m^(3)/h时,着火延迟时间为298.9 ms。结果表明着火延迟时间随着余气系数、空气流量的增大而增长。

关键词：单头部模型燃烧室航空发动机滑动弧等离子体点火数值模拟

燃烧室减速熄火条件下滑动弧等离子体对火焰演化的影响

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推进技术 2024年

作者：侯豪豪陈一屈美娇吴云胡长淮许书英王宇陈威西安工程大学机电工程学院航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室(西安) 西安交通大学机械工程学院空军工程大学航空工程学院西安交通大学航天航空学院

飞行器在空中大机动和急加减速时，航空发动机燃烧室油气比骤变，某些瞬间会跨越油气比极限，导致稳焰困难，面临熄火风险。针对上述问题，本文提出在燃烧室头部施加滑动弧放电激励，通过等离子体助燃技术改善燃烧室减速熄火特性，基于... 详细信息

飞行器在空中大机动和急加减速时，航空发动机燃烧室油气比骤变，某些瞬间会跨越油气比极限，导致稳焰困难，面临熄火风险。针对上述问题，本文提出在燃烧室头部施加滑动弧放电激励，通过等离子体助燃技术改善燃烧室减速熄火特性，基于单头部模型燃烧室，研究了不同减油速率下滑动弧等离子体对火焰演化的影响规律。结果表明，施加等离子体助燃能降低脱体火焰距离，将火焰维持在头部附近，以及抑制火焰的衰减速率。在减油速率为8 g/s2条件下，施加等离子体助燃后，脱体火焰距离从63.1 mm缩短至24.8 mm；在燃烧室临近熄火状态下，施加等离子体助燃后火焰质心会向燃烧室头部方向移动，在减油速率为8 g/s条件下，施加等离子体助燃后火焰质心向燃烧室头部方向移动41.7 mm；另一方面，减油速率为2 g/s时，施加等离子体助燃使得火焰最大衰减速率降低9.2%。

关键词：航空发动机燃烧室等离子体助燃滑动弧等离子体减速熄火火焰演化

滑动弧等离子体点火助燃头部激励对燃烧室点熄火特性的影响

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航空动力学报 2023年第9期38卷 2062-2072页

作者：屈美娇王宇陈一吴云胡长淮许书英西安工程大学机电工程学院西安710600 空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学航天航空学院西安710049

基于旋转滑动弧等离子体技术,研制了与某型航空发动机适配的点火助燃头部,并在三头部燃烧室实验平台的基础上开展了点熄火特性实验研究,通过分析旋转滑动弧等离子体点火助燃头部激励对燃烧室着火过程、点火边界以及熄火边界的影响规律,... 详细信息

基于旋转滑动弧等离子体技术,研制了与某型航空发动机适配的点火助燃头部,并在三头部燃烧室实验平台的基础上开展了点熄火特性实验研究,通过分析旋转滑动弧等离子体点火助燃头部激励对燃烧室着火过程、点火边界以及熄火边界的影响规律,初步验证了该技术拓展燃烧室点熄火性能的可行性。结果表明:旋转滑动弧等离子体激励可以显著拓宽点熄火边界,缩短着火延迟时间。相比于常规点火器,在余气系数为2,输入电压为200 V时,着火延迟时间缩短49.2%;输入电压为200 V时,贫油点火边界拓宽18.2%;输入电压为240 V时,熄火边界拓宽7.41%。

关键词：航空发动机燃烧室滑动弧等离子体点火助燃着火过程点熄火边界

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滑动弧等离子体固氮研究进展

应用化学 2023年第7期40卷 923-937页

作者：徐晓芳陈强张海宝北京印刷学院等离子体物理与材料实验室北京102600

传统工业固氮采用哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺,但是需要高温高压,能耗高,污染严重。滑动弧等离子体(Gliding arc plasma,GAP)兼具热等离子体和冷等离子体的优点,能够高效地产生活性物种,显著提高能量效率,使其在固氮领域具有很大的潜在... 详细信息

传统工业固氮采用哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺,但是需要高温高压,能耗高,污染严重。滑动弧等离子体(Gliding arc plasma,GAP)兼具热等离子体和冷等离子体的优点,能够高效地产生活性物种,显著提高能量效率,使其在固氮领域具有很大的潜在应用价值,近年来受到人们的广泛关注。然而,目前GAP固氮相关研究还比较零散,有必要对具体内容进行总结归纳。本文主要综述了近10年来国内外GAP固氮研究进展,主要包括GAP放电机制、反应器设计、工艺参数研究以及固氮反应机理研究。GAP放电存在击穿伴随滑动放电的B-G模式和持续稳定放电A-G模式,A-G模式放电有助于提高固氮效率。随着滑动弧放电技术的不断发展,GAP反应器中电极结构从传统的2D刀片结构演变到了多种3D柱形结构。通过工艺优化,GAP有助于N_(2)分子的振动激发,从而促进N_(2)分子的分裂转化。最后,对GAP固氮研究进行了展望。

关键词：固氮滑动弧等离子体反应器能耗反应机理

滑动弧等离子体强化燃烧技术在航空发动机中的研究进展

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航空发动机 2022年第3期48卷 52-59页

作者：于锦禄赵兵兵郭昊徐哲霖胡雅骥范玮徐华胜空军工程大学航空工程学院西安710003 西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国航发四川涡轮研究院成都610599

滑动弧等离子体强化燃烧技术是一种新型的强化燃烧技术。从航空发动机燃烧室点熄火边界拓宽的需求出发,阐述了滑动弧强化燃烧的基本原理,分析了滑动弧等离子体通过化学效应和热效应2个方面强化燃烧的作用机制,介绍了滑动弧等离子体强化... 详细信息

滑动弧等离子体强化燃烧技术是一种新型的强化燃烧技术。从航空发动机燃烧室点熄火边界拓宽的需求出发,阐述了滑动弧强化燃烧的基本原理,分析了滑动弧等离子体通过化学效应和热效应2个方面强化燃烧的作用机制,介绍了滑动弧等离子体强化燃烧技术应用于航空发动机的潜在优势。从放电特性、数值仿真、强迫雾化和强化燃烧4个方面,分析了滑动弧强化燃烧的研究现状。针对滑动弧等离子体强化航空发动机燃烧技术的技术特点,给出了3种自由轨道式3维旋转滑动弧强化燃烧方案和1种固定轨道式滑动弧强化燃烧方案。以燃油喷嘴和文氏管放电方案为例,给出了旋转滑动弧强化燃烧的试验验证结果。对滑动弧等离子体强化燃烧技术在航空发动机上的实际应用进行了总结和展望。

关键词：滑动弧等离子体强化燃烧点火燃烧室航空发动机

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滑动弧等离子体正十二烷重整制氢研究

滑动弧等离子体正十二烷重整制氢研究

作者：程意天津大学

学位级别：硕士

氢能因其高效、清洁等优点而成为最具有吸引力的能源。柴油因其高密度、高产氢率和良好的可运输性而成为重整制氢领域的研究热点。非平衡等离子体技术可以使用高能电子轻松破坏大部分化学键,且避免了催化重整技术需要高温、催化剂失活... 详细信息

氢能因其高效、清洁等优点而成为最具有吸引力的能源。柴油因其高密度、高产氢率和良好的可运输性而成为重整制氢领域的研究热点。非平衡等离子体技术可以使用高能电子轻松破坏大部分化学键,且避免了催化重整技术需要高温、催化剂失活、结构复杂等缺点。本文选用正十二烷作为柴油模型化合物,采用刀片式滑动弧等离子体反应器对正十二烷进行了部分氧化重整、蒸汽重整和干重整制氢的实验研究,利用Chemkin软件中的Plasma PSR模块分别对三种体系建立了零维反应动力学模型,探究了反应机理。部分氧化重整制氢实验结果表明:在O/C比为0.75、输入功率为35 W和停留时间为35 s条件下,正十二烷转化率为88.0%,H和CO产率分别为65.8%和68.5%,转化能量效率和H能量产率分别为53.9 g/k Wh和68.7 L/k Wh。结合发射光谱诊断及反应动力学的建立,探讨了体系的反应机理。对正十二烷转化贡献率最大的是直接裂解反应;H主要来源于H原子与CH、CH、CH等的重组反应;CO的生成主要来源于HCCO与H以及C与O之间的碰撞反应。蒸汽重整制氢实验结果表明:体系中适量的蒸汽会促进正十二烷的转化。在S/C比为1.50、正十二烷浓度为3%、输入功率为32 W和停留时间为25 s条件下,正十二烷转化率为92.0%,H和CO产率分别为43.7%和43.3%,转化能量效率和H能量产率分别为34.7 g/k Wh和67.9 L/k Wh。正十二烷裂解可获得30-40 nm的球形纳米碳颗粒。模型计算结果表明:直接裂解反应在正十二烷的转化中起到主导作用;HO转化的主要路径为HO与CH、CH、CH等的反应;H生成的主要反应路径来自于H原子与CH、CH、CH等的重组反应;HCCO与H原子之间的碰撞反应为CO的最主要的生成路径。干重整制氢实验结果表明:在O/C比为0.95、输入功率为46 W和停留时间为50 s的条件下,正十二烷和CO转化率分别为95.3%和63.2%,H和CO产率分别为59.6%和62.6%,正十二烷转化能量效率和H能量产率分别为55.7 g/k Wh和59.6 L/k Wh。模型计算结果表明:正十二烷与H原子之间碰撞重组生成H在其转化中起到主导作用;CO的电子碰撞反应在CO转化中起到最重要作用;H生成的主要路径来自于烃类物种的电子碰撞反应以及与H原子的重组反应;H与HCCO以及CHCO之间的碰撞反应可有效促进CO的生成。上述研究优化了各体系的工艺条件,建立了与实验结果吻合的动力学模型,探明了反应机理,为柴油重整制氢新工艺开发提供了实验基础和理论支撑。

关键词：滑动弧等离子体正十二烷重整制氢发射光谱反应动力学模拟

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滑动弧等离子体辅助超声速燃烧实验研究

固体火箭技术 2021年第2期44卷 160-165页

作者：张川宇冯戎朱家健孙明波汪洪波蔡尊国防科技大学空天科学学院长沙410073

将滑动弧等离子体运用在Ma=2.92的乙烯燃料超声速燃烧室中,运用40 k Hz CH*自发辐射,电流电压探针和压力传感器进行诊断。针对不同当量比研究了滑动弧等离子体对超声速火焰的燃烧增强效果,并观测到滑动弧等离子体的稳焰现象。结果表明,... 详细信息

将滑动弧等离子体运用在Ma=2.92的乙烯燃料超声速燃烧室中,运用40 k Hz CH*自发辐射,电流电压探针和压力传感器进行诊断。针对不同当量比研究了滑动弧等离子体对超声速火焰的燃烧增强效果,并观测到滑动弧等离子体的稳焰现象。结果表明,超声速燃烧中滑动弧等离子体有助燃作用,在当量比为0.12和0.16时助燃效果更明显,而对于贫燃工况助燃效果不明显。在全局当量比为0.16时,施加滑动弧等离子体后壁面压力平均提升12%,时均火焰面积提升27%。原因是等离子体和凹腔结合作用,强化了凹腔给主流火焰提供热量和自由基的作用。同时,再点火生成的初始火核能够传播至凹腔驻留区,在燃烧不稳定工况下有助于超声速火焰的稳定。

关键词：滑动弧等离子体超声速燃烧室燃烧增强火焰稳定

焙烧温度对滑动弧等离子体制备纳米TiO_2光催化剂的影响

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无机材料学报 2015年第2期30卷 189-194页

作者：刘诗鑫李小松邓晓清孙智广朱爱民大连理工大学等离子体物理化学实验室大连116024

采用滑动弧等离子体制备出不同颗粒形貌和锐钛矿相初始含量(fA)的纳米Ti O2粉体。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和物理吸附仪对焙烧前后的样品进行表征,考察了焙烧温度对纳米Ti O2的晶相组成、晶体粒径、比表面积(SBET)和颗粒形貌... 详细信息

采用滑动弧等离子体制备出不同颗粒形貌和锐钛矿相初始含量(fA)的纳米Ti O2粉体。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和物理吸附仪对焙烧前后的样品进行表征,考察了焙烧温度对纳米Ti O2的晶相组成、晶体粒径、比表面积(SBET)和颗粒形貌的影响。通过光催化氧化亚甲基蓝反应评价样品焙烧后的光催化活性。结果表明,滑动弧等离子体制备的纳米Ti O2的锐钛矿相向金红石相转变温度约为650℃,锐钛矿相向金红石相的转变速率取决于焙烧温度、颗粒形貌和锐钛矿相初始含量。随焙烧温度升高,球形颗粒的锐钛矿晶体粒径略微增大,SBET缓慢减小;非球形颗粒的锐钛矿晶体粒径快速增大,SBET迅速减小。随着fA的增加,纳米Ti O2粉体的光催化表观反应速率常数(k)呈现三种不同的变化趋势:当fA85%时,k转为快速降低。

关键词：滑动弧等离子体二氧化钛光催化剂锐钛矿相含量

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大气压直流滑动弧等离子体工作特性研究

物理学报 2011年第1期60卷 389-396页

作者：倪明江余量李晓东屠昕汪宇严建华浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027 The University of Manchester Manchester M13 9PL UK

对大气压直流滑动弧等离子体的电参数和发射光谱进行了测量,比较研究了不同气体种类下滑动弧等离子体电压的特性.以氮气滑动弧为例,分析了其在一个周期内电弧电压、电流、电阻和功率的变化特性.通过对电弧电压信号进行快速傅里叶变换频... 详细信息

对大气压直流滑动弧等离子体的电参数和发射光谱进行了测量,比较研究了不同气体种类下滑动弧等离子体电压的特性.以氮气滑动弧为例,分析了其在一个周期内电弧电压、电流、电阻和功率的变化特性.通过对电弧电压信号进行快速傅里叶变换频谱分析,研究了气体种类、气体流量和外部电阻值对滑动弧等离子体脉动特性的影响.结果表明随着气流量或外部电阻值的增加,其主要脉动频率变高,电弧周期变小.利用光谱法检测了氮气、氧气和空气滑动弧等离子体的主要自由基种类,并研究了外部电阻值对发射光谱强度的影响和沿电极中轴线在337.1nm(N2(C3Πu→B3Πg),Δv=0)处发射光谱强度的变化.结果表明发射光谱强度随外部电阻值增加而变小,沿电极中轴线先增加后减小,在等离子体区域外急剧减小.

关键词：滑动弧等离子体非平衡等离子体脉动特性发射光谱