活性环境空心阴极溅射特性与沉积Al_2O_3、ZnO掺杂和In_2O_3:Mo薄膜的应用(中)

<正>2实验结果和讨论2.1阴极和沉积特性典型空心阴极I-V特性如图2所示,HC中有铜靶块并用氩气作为工作气体。在气流量和放电电流一定时,压强越低需放电电压越高。在给定真空室压强情况下,两个不同气流量的I-V特性很接近,在一定电流下,较高的气流量电压略低一点(注:从图2看,原文"略高一点"——译者注),这是因为流量提高了HC内部的压强。影响峰值局部沉积率的主要因素是放电功率、工作气体的流量和阴极源到基材的距离。图3给出了Cu的沉积率与功率的关系,测试条件:氩固定流量为5000 sccm、压强约为38.0 Pa,用石英晶体监测器,距离3.5 cm测量沉积率。发现     

SBS-Ⅱ型富氧燃烧锅炉数值模拟与优化

以SBS-Ⅱ型富氧燃烧中试锅炉为研究对象,对燃烧过程的反应机理和物性参数进行了分析和修正,采用数值模拟方法对炉膛富氧燃烧的流场和温度场进行了研究.结果表明:富氧燃烧下煤粉随一次风气流与二次风气流混合后的燃烧更为剧烈,26%氧分压富氧燃烧下的火焰形状和温度场分布与空气燃烧下基本保持一致,能够实现传热特性相匹配;随着到燃烧器扩口距离的增加,中心回流量呈现先增大后减小的趋势,最大回流量对应的位置基本一致,旋流强度为0.8时的回流量最大,稳燃效果明显且煤粉燃尽率较高.     

复合射流涡环形成与演化研究

设计了基于智能芯片控制的电磁驱动模式的复合射流激励器,并设计和制造了简易的试验装置。通过高速摄像技术,运用可视化方法研究复合射流激励器在不同频率下产生的涡环的结构特征及其传播过程中速度的变化特性,分析了电磁铁工作时不同的占空比对涡环传播速度的影响。研究表明随着涡环传播过程的推进,涡环的速度先逐渐上升,后逐渐下降,直至涡环能量全部耗散;随着频率的增大,涡环传播平均速度逐渐减小;同一频率下,占空比越大,涡环传播平均速度越大。     

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.     

氩-氧氛围下天然气缸内燃烧特性试验

通过一台改装的直列双缸柴油机,将进气由空气改为比热比更高的氩气和氧气的混合气,研究了氩-氧氛围下天然气的缸内燃烧特性.结果表明:氩-氧氛围下发动机获得了较高的热效率,且热效率随氩气比例的升高而提高,在化学当量比下的试验工况中,当进气中氩比例为82%,时,指示热效率最高达到了47.8%,,相比空气氛围相对提高近33%,.相比于空气氛围,氩-氧氛围下天然气的着火延迟期缩短,燃烧更为迅速,缸内压力峰值更高.需要选择合适的进气氩比例和点火时刻以降低燃烧的粗暴性.氩-氧氛围下氩气比例为75%,时缸内易出现爆震,当提高进气氩气比例至82%,时,能有效避免爆震发生.     

滑动弧等离子体协助甲烷蒸汽重整制氢

采用甲烷为主要原料,在常温和常压条件下,利用滑动弧等离子体放电技术,进行了甲烷与空气、水蒸气重整反应的试验。试验研究了过量空气系数、反应气流量和水蒸气含量等参数对甲烷与空气、水蒸气重整反应的影响,并对重整副产物进行了分析。试验表明,当过量空气系数为0.8时,氢气选择性最高可达到45.9%;反应气流量达到14L/min时,单位氢气生产成本最低;在反应气中加入一定量的水蒸气,有利于重整反应的进行。     

活性物质分布对镍基载氧体固定床化学链燃烧的影响

采用实验的方法,以空气和甲烷为反应气体,研究了活性物质分布对镍基载氧体固定床化学链燃烧的影响.实验结果表明:气体流量会同时对温升和反应速率产生影响,其中对反应速率影响更大,流量越大,反应速率越大,温升越大;半活性颗粒对应的反应器轴心处各点最大温升大于全活性颗粒对应的轴心处各点最大温升;相同条件下全活性颗粒的反应速率略大于半活性颗粒.研究结果表明,半活性颗粒更有利于活性物质反应完全,其反应特性更优.     

低温等离子体对甲烷/氧反扩散火焰影响的实验研究

为探究低温等离子体对甲烷/氧反扩散火焰的影响,通过对同轴式喷注器环缝甲烷射流施加介质阻挡放电产生甲烷等离子体,综合采用多种测量手段实验研究了多种工况下该低温等离子体特性及火焰关键参数的变化。结果显示,放电击穿电压随混合比增大而减小,电流脉冲数量和幅值则随混合比增大而先增加后减小;甲烷等离子体呈灰白色,低电压下提高气体流量则放电有所减弱;受等离子体气动效应作用,放电后甲烷射流角有所增大,且电压越高射流角越大,增幅则逐渐减小,过高激励强度下射流发生失稳;等离子体通过改变燃料和氧化剂的掺混而影响甲烷/氧反扩散火焰的形态,使得火焰中心高度总体有所下降,特征长度缩短,释热强度则有所增加,其中小流量、低混合比条件下作用效果更明显;喷注器功率则随混合比上升而先增大后减小。     

高风温无焰燃烧及其火焰特性的实验研究

对丙烷的高温低氧空气燃烧及其火稳特性进行实验研究,并对其工业应用进行探讨。研究表明：在助燃气流温度高于800℃,含氧体积浓度低于15％的条件下燃烧,火焰体积明显增大;火焰边缘无稳定形态,火焰亮度减弱,颜色明显改变,含氧浓度越低,稳定燃烧所需助燃气流温度也越高。该种燃烧工业应用的关键在于有高效蓄热体吸收同炉高温烟气显热以产生高温空气,同时组织炉内氧浓度气流。     

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．     

放电参数对高频纳秒脉冲多流注点火的影响

在可视化定容燃烧弹中,采用高频纳秒脉冲驱动沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体发生系统,研究了不同放电脉冲间隔和脉冲数下多流注放电的形态与能量特性及其点火助燃效果．放电试验表明：所开发的等离子体发生系统单脉冲能量约为5 mJ,平均功率超过10 kW;脉冲间隔为50μs的40个脉冲能产生环绕中心电极分布的8个流注通道,流注长度超过12 mm;随着脉冲频率或脉冲数的减少,流注长度减小．点火试验表明：脉冲间隔为50μs的30个脉冲能产生环绕中心电极的8个火核,火核初始火焰半径超过4 mm;随着脉冲频率或脉冲数的减少,火核数量和火焰半径减小,燃烧相位也明显推迟．脉冲频率和脉冲数的改变对SDBD等离子体的能量和形态影响很大,改变放电参数可以实现对燃烧相位的调整．     

脉冲放电等离子体处理含甲苯废气的实验研究

采用脉冲电晕放电等离子体技术,建立了一套等离子体降解VOCs的装置,选取甲苯为代表物质进行实验研究,考察放电电压、含甲苯废气流量、甲苯初始浓度对甲苯降解率的影响。结果表明,当放电电压为11. 5 kV,气流速率为12 L/h,甲苯初始浓度为500. 0 mg/m3时,甲苯去除率为85. 6%,脉冲电晕等离子体处理低浓度有机废气效果更好。     

柴油机尿素SCR喷射特性的试验研究

尿素水溶液喷射量的精确控制对SCR系统的性能至关重要.利用SCR喷射试验装置对影响尿素水溶液喷射特性的因素进行了试验研究,包括占空比、频率、压力、液体密度以及有无空气辅助系统等.结果表明:占空比与尿素喷射量呈线性关系;喷射频率过大则无法实现小剂量喷射,而喷射频率过小则造成系统压力波动大;压力变化影响喷射量的大小,系统需要保持压力固定;液体密度越大质量流量越大;空气辅助系统的加入对喷射量的影响较小.     

某型航空发动机燃烧室等离子体助燃的数值研究

为开展等离子体助燃技术在航空发动机燃烧室中的应用研究,利用Fluent软件对某型航空发动机环形燃烧室进行了等离子体助燃的数值计算,设计了等离子体助燃的数值计算方案,对比分析了正常燃烧状态条件和等离子体助燃条件下的数值计算结果.结果表明:从主燃孔实施助燃后火焰筒内的高温区向主燃区移动,煤油在主燃区燃烧得更充分,燃烧室出口截面的平均温升增高约57.97 K,燃烧效率提高约2.42%;出口处温度分布均匀性有所改善,燃烧室出口处截面温度的分布不均匀系数下降达21.82%;提高了燃料燃烧完全程度,燃烧尾气中CO的体积分数下降约13.58%,极大改善了燃烧室的性能.     

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%。     

介质阻挡放电过程中臭氧生成性能试验研究

采用高频高压等离子体电源对圆管形放电室进行放电试验,研究了放电电压、氧气体积流量和氧气体积分数等关键参数对臭氧生成的影响.结果表明:臭氧质量浓度随放电电压的升高而不断增加,但当放电电压继续升高时,温度升高引起臭氧分解加速,最终导致臭氧质量浓度下降;氧气体积流量增加,臭氧质量浓度减小,在氧气体积流量为1L/min时,臭氧质量浓度最高可以达到138g/m3,臭氧电耗先减少后增加;氮气的存在会增大击穿电压,因此氧气质量浓度越高,越容易被电离,臭氧质量浓度越高,臭氧电耗越低.     

纳米金属颗粒的等离子体合成与燃烧特性

利用研制的高频纳秒脉冲电源放电烧蚀钛电极合成了纳米钛颗粒,并探究了电源频率、冷却气体流量等对合成的钛颗粒粒径的影响规律.进而,开展了纳米钛颗粒的燃烧特性研究.结果表明,所研制的纳秒脉冲电源满足实验需求,且随着电源放电频率的提高以及冷却气体流量的降低,合成的钛颗粒粒径逐渐增大;而燃烧实验结果则表明,链状纯钛颗粒团聚体(一次粒径小于10,nm)的燃烧时间随其电迁移率当量直径的变化不大.     

一种新型旋流燃烧器内甲烷扩散燃烧特性

采用两步总包反应机理、标准亚网格应力模型与有限速率/涡耗散燃烧模型等对一种新型旋流燃烧器内甲烷-空气扩散燃烧过程进行大涡模拟.凭借旋流离心效应和涡旋效应来控制反应混合和火焰传播特性,实现了一种热流分布均匀、温度波动小的蓝色旋涡状火焰.此外,通过平面激光诱导荧光技术(OH-PLIF)对反应流的OH基分布进行定性测量.研究表明,燃烧核心区与壁面隔离,使得壁面具有自冷却的效应;切向速度沿径向分布呈现中心对称的双峰结构;高速射流经过突扩的喉部强烈吸卷周围的气流,对其起到预热作用,有利于燃料空气的混合和燃烧效率的提高.     

基于PIV测试的天然气流量特性研究

管道内天然气流场的脉动特征是影响计量的重要指标,结构性汇管内天然气流动规律及管内流场湍流强度是引起脉动不稳定的关键。以3种结构性天然气汇管为研究对象,采用PIV流场测试方法,分析不同流量时天然气流场的流速与湍流强度。研究表明:在不同工况下,速度分布均匀,靠近中心区域速度大,靠近边壁速度小,表现为相对充分发展的流动;速度越小,湍流强度越大,管道中间湍流强度相对小,越靠近边壁湍流强度逐渐变大,在距管道中心剖面位置30～50 mm范围湍流强度呈明显上升趋势;相比理想状态,其他工况在距离管道中心的0.04～0.39倍管径处的流场脉动均出现了不同程度的汇管结构性不稳定区;安装整流器的汇管的脉动区域明显小于未安装整流器汇管流场脉动的区域;流量为100和500 m~3/h时整体扰动小,较为适合不同的安装条件。     

增压富氧燃煤锅炉省煤器的设计与优化

以300MW机组煤粉炉省煤器为例,对锅炉常压空气燃烧、常压富氧燃烧和5种不同增压(6MPa)富氧燃烧方案下的锅炉对流受热面尺寸、烟气流量、烟气侧传热系数和压降等参数进行了计算和分析,根据基于经济性分析的单位换热量换热器总费用最小的原则确定省煤器的最佳设计结构.结果表明:与常压空气燃烧相比,常压富氧燃烧下烟气体积流量减小了28.5%,对流传热系数减小了11.5%;增压富氧燃烧下的烟气体积流量减小了98.82%,随着烟气流速的增大,受热面面积减小,烟气侧传热系数和压降增大;最佳方案中的烟气流速为1.54m/s时,单位换热量换热器总费用约为常压空气燃烧下的60%,烟气侧压降为582.65Pa,烟道截面积仅为常压空气燃烧下的7.8%.