共面梳狀電極介質阻擋放電強化低濃瓦斯燃燒研究

《共面梳狀電極介質阻擋放電強化低濃瓦斯燃燒研究》是依託中國科學院力學研究所，由李騰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：共面梳狀電極介質阻擋放電強化低濃瓦斯燃燒研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李騰
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

低濃瓦斯是一種低熱值燃氣，燃燒不穩定、燃燒不完全、容易發生稀態熄火是困擾低濃瓦斯利用的難題。介質阻擋放電是一種易於在大氣壓下產生非熱電漿的放電形式，可以用來強化低濃瓦斯的點火性能和燃燒穩定性。由於放電過程中產生的強氧化性活性自由基生命期短暫，只有將自由基儘快攜帶出放電區域並直接進入燃燒區，才能最大程度上起到強化燃燒的作用。本項目提出採用共面梳狀電極介質阻擋放電來強化低濃瓦斯的燃燒。這種電極布置可以獲得大面積的非熱電漿流，克服同軸式放電結構活性成分難以輸出，活化效率低的困難，有利於自由基有效利用，並獲得更高的活化效率，利於燃燒的穩定和強化。通過對火焰形態、火焰溫度、煙氣成分濃度、火焰傳播速度的對照研究，可以得到共面梳狀電極介質阻擋放電強化燃燒的基本影響規律；明確低濃瓦斯非熱等離子強化燃燒的途徑、效果，深化對非熱電漿強化燃燒機制的理解。

結題摘要

非熱電漿具有高活性、強電場特性和強選擇性等特點，在減小點火時間、強化燃燒反應、降低污染物排放以及調控燃燒過程等方面具有獨特的研究意義。極端條件（低熱值燃燒、稀薄燃燒、微尺度燃燒、超燃等）下點火和穩燃套用的需求進一步推動著非熱電漿強化燃燒的套用與基礎研究。本項目開展非熱電漿增強低濃瓦斯的燃燒研究就是一個嘗試，具有重要的套用研究價值。本項目採用了同軸管式燃燒和平面火焰燃燒器，針對非熱電漿作用於甲烷燃燒的影響和機制開展了實驗研究。首先設計了同軸套管式非熱電漿作用於甲烷非預混火焰的燃燒器，對於同軸非預混抬升火焰，通過空氣伴流的方法有效的實現了射流火焰的抬升和穩定，形成了對火焰燃燒速度較為敏感的甲烷層流抬升火焰，為研究非熱電漿對甲烷火焰作用的影響提供了有效方法。實驗研究表明，非熱電漿的存在和電場的作用常常疊加在一起，考慮到電場相對於放電的長作用周期，電場的作用需要重點考慮。為了分離電場對噴嘴處流場的作用位置，採用了絕緣陶瓷燃料管和高壓電極的燃燒器構型。實驗表明脫火臨界流速隨高頻交流電壓的增加先增加後減小，最大脫火臨界速度的最大值隨交流頻率的增加而增加，40kHz條件下約為無電場作用時脫火燃料臨界速度的6倍。實驗觀察表明，放電模式與火焰的穩定性有密切關係。低電壓條件下的電暈放電和冷電漿射流放電可以提高火焰穩定性。但是，高電壓條件下電暈放電、介質阻擋放電等由於強離子風效應擾亂噴嘴出口附近的流場，可能會導致火焰失穩。最後針對預混甲烷火焰，著重研究了高頻高壓電場對火焰形態的影響。實驗觀測發現倒置焰錐火焰的抬升高度受高頻高壓電場的增強而降低，並且焰錐夾角隨電壓的增加而減小。由於高頻高壓電場帶來的離子風效應較小，對照實驗現象分析，結果表明實驗高頻高壓電場對火焰面中電子相關的化學反應動力學影響可能是燃燒穩定性增強的主要的原因。