微波辅助点火对甲烷预混球形火焰的影响

基于微波等离子体辅助点火可视化试验台架和分离影响因素的研究思路,试验了不同脉冲频率和峰值功率下微波辅助火花塞的放电特性,以及当量比为0.6～1.0、环境压力为0.1～0.7 MPa下的甲烷-空气预混球形火焰的着火及传播特性.干放电试验结果表明:微波脉冲频率为1 kHz时,由于第一个微波脉冲正处于放电电子密度高峰时刻,微波对火花塞放电核心膨胀的加速作用最明显,随着微波脉冲频率的增大,微波强化放电的效果减弱;随微波源的峰值功率增大,微波脉冲对放电的强化作用愈发明显.点火试验结果表明:频率为1 kHz、峰值功率为1 kW微波脉冲的馈入,使当量比为0.6、环境压力为0.1 MPa下的早期火核生长速度提升了60%,随着当量比的增加,微波对火焰发展的增强幅度减小;随着环境压力的增加,微波对点火的增强作用减弱.总之,微波对火焰发展的增强作用主要是对初始火核发展的促进;在火焰后期,燃料燃烧的热能远大于微波能量,导致微波的馈入对后期燃烧过程没有明显影响.     

发动机稀燃条件下纳秒脉冲等离子体助燃甲烷/空气的数值模拟

纳秒脉冲放电可产生非平衡等离子体实现辅助燃烧．通过耦合零维等离子体动力学和燃烧反应动力学,建立了发动机纳秒脉冲放电等离子体助燃甲烷/空气的模型．研究表明：相同放电能量条件下纳秒脉冲放电可在上止点附近成功点燃当量比为0.5的稀混合气,而火花放电只能导致最高温度升高124 K,无法点燃缸内混合气．在纳秒脉冲放电条件下,低温时放电产生的激发态N₂(A³Σ_u⁺)和O(1D)促进了O原子的生成．放电后期,累积的N₂振动激发态在驰豫过程释放出了较多的热量,有利于稀燃条件下的点火．电流密度的增大提高了放电过程中激发态、自由基的浓度,发动机最高燃烧温度升高,点火延迟时间缩短,燃烧相位提前．     

点燃式发动机点火能量对火核生成和初期发展的影响

摘要本文研究了点燃式发动机点火能量对火核生成和初期发展的影响.发现增加点火时的击穿能量,可使火核的初始尺寸有效地增加,从而加快火焰的形成和初期发展,并且可以燃烧更为稀薄的混合气,而仅仅增加电容和电感放电阶段的点火能量却没有显著的效果.     

双点火间隙等离子流火花塞的设计与探讨

通过分析火花塞等离子体产生机理及点火过程中等离子流能量的变化,设计出双点火间隙电极结构的等离子流火花塞及其点火电路,该火花塞工作时两个间隙同时点火形成双火核,点火能量增大.放电测量结果为,当特征长度L+=10mm,电极间隙h=1.0mm时,点火电压为19000V,最大峰值电流为200A,点火能量为103mJ.     

汽油机利用非平衡等离子体强化燃烧的数值模拟

将低温等离子体作为点火技术应用于汽油机,需要克服高压环境放电不均匀的限制。高压纳秒脉冲放电可在汽油机内形成大面流注通道,扩大点火空间。该文研究了高压纳秒脉冲放电等离子体辅助汽油机点火的过程。利用放电动力学模型计算了内燃机环境下燃气混合物的放电过程,得到放电产生的组分及活性自由基的信息。并借助多区模型计算了放电产生的活性自由基对汽油燃烧的影响。结果表明:放电形成的自由基O、H能明显促进汽油的燃烧,缩短点火延迟时间,对提高稀燃极限有很大潜力。     

微波特性对放电/点火核心形貌特征影响

基于微波辅助点火/电试验台架,采用因素解耦的方法,探究了微波辅助放电/点火过程中,微波脉冲频率、峰值功率对放电/点火核心半径及形貌的影响规律及其内在机制.研究发现:在频率为1kHz和功率为1kW时微波辅助模式的放电/点火核心半径是火花点火模式的173.6％,同时微波馈入导致核心表面出现褶皱;中断效应的存在使不同脉冲频率...     

定容燃烧弹中离子信号的特征分析

在定容燃烧弹中同时进行离子信号和压力的测量,并通过高速摄影仪在燃烧过程中拍摄的纹影照片与相应的离子信号进行对比,分析了点火和燃烧中离子信号的点火、火焰前锋和火焰后区三个阶段．阐述了点火阶段的离子信号主要与电极间空气隙被击穿瞬间火花放电时产生的感应电压有关,火焰前锋的信号主要与电极附近的火核有关,以及火焰后区的信号主要与已燃区内各种成分的离子和电子有关的观点;论述了离子信号三个阶段的主要特点以及产生的主要原因．     

在定容燃烧弹中湍流特征参数对预混燃烧的影响

:给出在定容燃烧弹中火花点燃 CH4-空气充量进行湍流预混合燃烧的试验结果并进行了分析 ,得到一些有价值的结论 :如在火核起始发展期中存在一个最小火焰传播速度 ,此时的火核半径与湍流积分长度标尺大致相等 ,增加湍流强度 (u <1 .8m/s) ,瞬时燃烧率增加 ,燃烧持续期缩短 ,相对缓燃期增加 ,相对主燃期缩短 ,这是组织湍流可以提高火花点火发动机热效率的主要原因。此外本文还给出不同间隙的失火率并指出减少火核向电极传热是减少失火率的主要措施     

高能点火及滚流强化对直喷汽油机稀燃的影响

为了清晰地观察缸内的状态,采用配备光学玻璃缸套的单缸发动机．粒子图像测速技术(PIV)用于对进气道高滚流改造进行量化评价,相比原始进气道,滚流比为原来的1.67倍．点火能量从65 m J增加到300 m J,在无油喷射状态下,高能点火的电弧更长,但长电弧有被短路的可能．长电弧持续时间更长,峰值面积约为普通点火的4倍．研究了点火能量和滚流强度在不同过量空气系数下对燃烧稳定性、稀燃极限和燃烧过程的影响．结果表明：高能点火能使稀燃极限的过量空气系数扩大0.2,而高滚流能使燃烧循环变动降低50%．在微观层面上,火焰变动存在显著差异．高能点火较大的火焰变动有助于初始火核的形成和火焰的传播．累积放热时刻(MFB 50-90)这段时间内稳定的火焰对整体燃烧稳定性起主导作用,是高能点火能扩大稀燃极限的重要原因．     

森林火灾风险下的配电线路单相断线放电发展过程研究

随着台风、暴雪等极端恶劣环境的不断常态化,单相接地故障(如单相断线、单相击穿等)频繁发生,严重危害了电网安全。单相断线故障是引发森林火灾的常见故障之一,导线断线坠落至地面附近,在极短间隙内对地放电引燃地表附着的易燃物,最终引发森林火灾,对社会经济和自然环境危害严重。针对森林火灾风险下的配电线路单相断线对地放电发展过程研究建立短间隙放电模型,可以获得断口对地放电过程中的电场分布、电子平均能量分布、电子密度分布,以及不同断口外形对放电过程的影响机理。研究结果表明,随着断口半径从0.5 mm降至0.3 mm,流注头部的电场强度从80 kV/cm升高到110 kV/cm,电子平均能量从10 eV升高到11 eV,流注贯穿间隙时电子密度的最大值由1.5×10²⁰m^-3升高到2.7×10²⁰ m^-3。断口半径越小、曲率越大,导致流注头部的电场强度和电子平均能量升高,流注头部电子密度和放电电流增加,更容易导致流注贯穿间隙。而断口不规则时由于具有更大半径,间隙击穿需要更长时间,因此放电电流峰值由9 A升高至15 A...     

CH4/H2-空气预混气流动点火特性

搭建了隧道燃烧室流动点火平台,使用纳秒脉冲高频放电探索CH_4/H_2-空气预混气的流动点火特性.通过实验获得了不同掺氢比(a为0、5%、10%)和不同放电频率(f为10 k Hz、15 k Hz、20 kHz)对点火成功率P_(ig)的影响.结果表明随着掺氢比和放电频率的增加,点火能量相同时,P_(ig)也迅速提高.在相同放电时间内存在最佳的放电功率,功率太高或太低都不利于点火.此外,通过数值计算模拟了初始火核的发展,进一步阐明了掺氢有利于提高P_(ig).     

点火电极附近离子信号的形成机理

通过在定容燃烧弹中同时进行点火电极附近离子信号和室内压力的测量,以及通过高速摄影仪在燃烧中拍摄的纹影照片与相应的离子信号对比,分析了离子信号由点火、火焰前锋和火焰后区三部分组成。阐述了点火阶段的离子信号主要与火花放电时所产生的感应电势有关;火焰前锋的信号与电极附近的火核有关,其值主要取决于火焰中由化学反应形成的CHO^＋速度和自由电子浓度;火焰后区的信号发生在已燃区,主要与该区内由高温所导致的激态NO^＋数量和电子浓度有关。     

非平衡等离子体对降低点火延迟的数值研究

针对航空发动机燃气停留时间短难以充分燃烧以及稀薄燃烧中点火能过高和火焰传播速度慢的缺陷,引入高压纳秒脉冲放电作为甲烷-空气混合气的点火源,利用放电产生的非平衡等离子体改善点火和燃烧性能。通过对放电过程的模拟计算,分析产生的粒子种类和密度,从电子能量分布的角度,分析粒子分布变化的机理。再结合CHEMKIN多区模型,研究放电产生的粒子在着火过程中对点火延迟产生的影响。结果表明,约化场强处于200~400 Td区间时产生单个自由基的能量消耗最低,每个自由基仅消耗8 e V。而随着约化场强增加,O、OH等自由基的粒子密度有不同幅度的增加。在着火过程中加入自由基的摩尔分数越大,点火延迟时间越短。将约化场强为400 Td时产生的自由基摩尔分数加入多区模型,稀燃时的点火延迟时间与化学当量比条件下的相比降低了24.4%。     

燃气轮机燃烧室点火位置及点火过程计算

采用Fluent软件模拟了某型燃气轮机燃烧室的点火位置及火焰传播过程,得到了燃烧室的最优点火位置和湍流火焰传播速度以及火焰传播特性。结果表明:可以通过逐渐减小火核半径的方法找到燃烧室的最佳点火位置;燃烧室的最佳点火位置为x=130 mm,y=85 mm,最优点火位置位于第二排冷却孔与第三排冷却孔之间;在最佳点火位置处,存在一个二次回流区,保证了点火的成功进行;主回流区起到了稳定火焰的作用;二次回流区和主回流区在燃烧室点火过程中起着不可替代的作用;油滴的蒸发导致了点火的延迟;湍流火焰传播速度约为6.5 m/s。     

光流法测速在点火过程研究中的应用

光流法作为一种运动图像分析方法,正在越来越广泛地被应用于燃烧诊断领域,它能够定量获得火焰面位移速度．在强迫点火过程研究中,准确测量火核的演变速度能够更清楚地揭示其物理化学过程本质,基于此,本文验证了利用光流法研究点火过程的可行性,并分析了其准确度,研究了静止混气和扩散射流中的强迫点火过程,定量展示了强迫点火过程中火核的发展速度,可为点火模型的建立提供数据支撑．结果显示,射流中火核的发展速度呈现先慢后快的特点,并且在发展过程中,其速度矢量场中会出现多个发散源．     

离子信号与空燃比关系的探讨

在定容燃烧弹中通过对点火电极附近离子信号的测量,表明了该信号主要由火焰前锋和火焰后区两部分组成．理论分析证明,火焰前锋的信号主要与电极附近火核中的H3O 离子和自由电子浓度有关,火焰后区的信号主要与已燃区中高温下激态的NO 和自由电子浓度有关,特别是火焰前锋区的信号与空燃比有直接关系．实验研究发现火焰前锋和后区的信号峰值随过量空气系数的变化趋势相同,当过量空气系数为1时均达最大值．因此,利用该信号可以实现空燃比的探测．     

我国人造太阳成功放电

我国最新一代核聚变实验装置“EAST”（Experimental Advanced Super conducting Tokamak）2006年9月28日在安徽合肥首次放电，成功获得了电流超过200kA、时间近3s的高温等离子体放电。这意味着人类在核聚能研究利用领域又迈出了新的一步。EAST大科学工程总经理万元熙说，未来的稳态运行的热核聚堆用于商业运行后，所产生的能量够人类用数亿年乃至数十亿年。     

二维守恒元和求解元方法在两相爆轰流场计算中的应用

应用二维守恒元和求解元方法数值模拟脉冲爆轰发动机内汽油/空气两相燃烧转爆轰的过程.分析了爆轰波从开始产生到形成稳定的全过程.研究了点火能量对燃烧转爆轰过程的影响:点火能量越小,DDT时间越长;若点火能量过小就不能形成DDT.同时研究了液滴半径对爆轰参数的影响:液滴半径增大,爆轰波压力和速度随之减小,DDT时间增加;液滴半径过大,则爆轰波不能形成.爆轰波压力计算值与实验值两者趋势符合得较好.     

基于多重分形的SF6替代气体击穿特性研究

为探究干燥空气作为SF_6替代气体的可能性并深入理解短间隙气体放电流注的放电特性,搭建冲击电压放电试验平台,施加雷电冲击电压和快速暂态过电压,在极不均匀电场下探究干燥空气和SF_6气体的绝缘水平。为进一步研究流注形态特性受气体种类、电压极性等外界条件的影响,利用ICCD相机捕获二维流注图像分析了流注发展速度和流注通道长度的关系,并基于多重分形理论对流注整体形态的复杂性进行了解释。结果表明,在0.4MPa的气压下,干燥空气的脉冲击穿电压(V50%)满足24kV C-GIS的基本脉冲绝缘水平;在负极性下分形谱最大值相对较大,流注发展速度更快;与SF_6气体下的流注形态相比,空气下的流注形态的分形谱最大值较大,流注发展速度更快;多重分形谱谱宽不随外界条件变化而变化,说明流注光电离在二维图像空间分布上具有一定的相似性。     

脉冲爆震发动机起爆点火系统方案研究

在分析爆震波的基本理论、脉冲爆震发动机(PDE)的工作原理及对现有航空发动机和汽车点火系统进行研究的基础上,根据PDE对起爆系统点火能量和火花频率可调的要求,提出了以晶闸管为开关控制元件和电容储能的半导体高能点火系统方案．设计的倍压整流、半波整流和直流供电的脉冲爆震发动机起爆点火系统实现了点火能量和火花放电频率的控制．电路模拟仿真表明,设计的起爆点火系统可满足脉冲爆震发动机的要求．