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射流等离子体作用下火焰特性及稳定性的实验研究

作　者: 罗昌金
导　师: 鲍文
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 射流等离子体 火焰特征 火焰稳定性 分岔
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


火焰稳定技术是超声速燃烧的关键技术,射流等离子体活化燃烧技术提供了一种低阻的燃烧稳定机制并能提高燃料燃烧速度。在射流等离子体注入以及传播的射流空间中,等离子体或者活化粒子的存在,诱导形成一个活化火焰区,这个活化区持续、稳定地存在燃烧室中,供给燃油的可靠稳定燃烧,并且可以用于控制燃烧,促使燃烧过程发生在所期望的空间范围内。作为射流等离子体活化燃烧技术的先期探索,本文在大气压下、静止及低速环境中,对射流等离子体作用下火焰特性及稳定性的变化规律进行实验研究。主要进行了以下几个方面研究:1.研究了大气压射流等离子体的自身特性,实验发现射流等离子体长度随放电电压、氩气流量的增大先变长后缩短;用单色仪测量了大气环境中射流等离子的组分特性,结果表明除了氩谱线外,还含有OH基和氧的谱线;同时,实验发现射流等离子能在陶瓷管等绝缘管中传播,传播距离能超过30cm。2.在火焰特性方面,采用实验方法研究了射流等离子体作用下甲烷扩散火焰以及甲烷空气预混火焰的典型特征;分析了不同放电电压下的火焰分离高度、火焰高度等特征参数随甲烷流量的变化规律,发现射流等离子体能改变火焰的突变、滞后特性;对射流等离子体作用下火焰出现的分岔特征,利用拓扑学方法进行了分岔建模,模型结果与实验数据吻合得很好。3.在火焰稳定性方面,实验研究了射流等离子体对甲烷扩散火焰吹脱界限的影响规律,结果表明射流等离子体能诱导形成一个“活化的火焰核”,从而提高了火焰的稳定性;分析了不同放电电压下,甲烷空气预混火焰稳定浓度界限的变化规律。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题研究的背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状分析  11-17
    1.2.1 超声速稳燃技术研究  11
    1.2.2 非平衡等离子助燃稳燃研究  11-15
    1.2.3 大气压射流等离子体研究  15-17
  1.3 本文的主要内容及章节安排  17-18
第2章 射流等离子特性及其作用下火焰的典型特征  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 实验系统构成  18-19
  2.3 大气压射流等离子体特性分析  19-25
    2.3.1 随外部参数的变化特性  21-23
    2.3.2 组分特性  23-24
    2.3.3 低温特性  24-25
    2.3.4 传播特性  25
  2.4 射流等离子体作用下火焰的典型特征  25-31
    2.4.1 对甲烷扩散火焰形态的影响  25-30
    2.4.2 对甲烷空气预混火焰的影响  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 射流等离子体作用下火焰特性的实验研究  32-44
  3.1 引言  32
  3.2 实验方法及实验现象  32-35
    3.2.1 实验方法  32-33
    3.2.2 自由扩散火焰随流量变化的实验现象  33-34
    3.2.3 射流等离子体注入下火焰随流量变化的实验现象  34-35
  3.3 火焰特征参数及其提取方法  35-36
  3.4 射流等离子体作用下火焰特征参数的变化规律  36-42
    3.4.1 火焰分离高度的变化规律  36-38
    3.4.2 火焰高度的变化规律  38-39
    3.4.3 火焰亮度的变化规律  39-41
    3.4.4 火焰面积的变化规律  41-42
  3.5 本章小结  42-44
第4章 射流等离子体作用下火焰稳定性的实验研究  44-53
  4.1 引言  44
  4.2 射流等离子体注入对扩散火焰稳定性的影响  44-47
    4.2.1 实验方法及实验现象  44-47
    4.2.2 不同放电电压对火焰吹脱界限的影响  47
  4.3 射流等离子体注入对预混火焰稳定浓度界限的影响  47-52
    4.3.1 实验方法  47-48
    4.3.2 采用减少燃料量方式测量熄火界限  48-50
    4.3.3 采用增加空气量方式测量熄火界限  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章 射流等离子体作用下火焰特性的分岔建模  53-59
  5.1 引言  53
  5.2 拓扑学分析方法  53-54
  5.3 拓扑学建模方法  54-55
  5.4 火焰特性的分岔建模  55-58
    5.4.1 火焰分离实验数据的拓扑学分析  55-56
    5.4.2 建模过程  56-58
    5.4.3 建模结果  58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 燃料与燃烧
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