《電場下火花點火預混火焰傳播特性的研究》是依託西安交通大學，由吳筱敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電場下火花點火預混火焰傳播特性的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳筱敏
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在火花點火預混火焰中開展電場對火焰傳播特性影響的基礎研究。基本思想是在定容燃燒裝置中用火花點火點燃均質混合氣,利用電場使火焰中由化學反應產生的離子形成離子風，通過離子風誘導增加火焰前鋒面的運動速度或皺摺和扭曲，擴大火焰表面積，提高火焰傳播速度，拓展稀燃極限，揭示電場對火焰傳播速度、稀燃極限、以及火焰傳播特性的影響規律；利用正、負電場的交替變化和頻率變化改變火焰傳播速度，通過電場極性和頻率變化建立電場控制火焰傳播速度的方法。試驗以CH4氣體燃料為對象，在電場與定容燃燒實驗平台上進行，主要研究內容包括：電場對火焰形態和發展、半徑、傳播速度、厚度、穩定性等火焰傳播特性的影響，電場性質、強度、均勻性和頻率，以及不同溫度、壓力和空燃比下電場對火焰傳播特性的影響。該研究為電場在火花點火發動機上套用的可行性提供基礎數據和依據，為實現高效率燃燒和火焰傳播速度的靈活控制提供可探索的思路和方法。
結題摘要
通過在密閉空間的球形擴展火焰上增加直流和交流電場的方式，研究燃燒場和電場兩者相互耦合作用下對火焰的影響和促進作用。分別對不同當量空燃比下（0.8，1.0，1.2，1.4，1.6）、正電場（電壓0-12kV）、負電場（電壓0-12kV）、高頻交流電場（頻率1-30kHz）、低頻交流電場（頻率0-100Hz）、三種電極結構（網狀，點狀、環狀）和電極面積（60mm，40mm，20mm，4mm）條件下進行研究，發現由於CH4火焰中的負離子濃度遠低於正離子，因此在火焰前鋒中形成了由正離子主導的離子風效應推動火焰面附近運動，使得負電場在總體效果上優於正電場，相對於正電場，負電場作用下平均火焰速度增加25%，壓力峰值增加4%，峰值時間提前10%；電極結構對電場分布均勻性影響較大，網狀（60mm）電極的電場分布最均勻，環電極次之，點電極最不均勻，並且電場分布越均勻對火焰的影響越大，網狀電極相對於環狀電極和點電極其平均速度增長率分別提高11%和30%，燃燒壓力上升率增大19%和39%；對交流電場而言其高頻和低頻對火焰的影響完全不同，高頻交流電場對火焰的促進作用隨著電場頻率的增加而增加，在頻率25-30kHz時最佳，而低頻交流電場對火焰的影響則隨著電場頻率的增加而降低，在頻率為40Hz時最佳；特別在稀薄燃燒條件下，由於離子與中性粒子的碰撞頻率和效率的大幅度提高，可大幅度提高火焰傳播速率和燃燒壓力，在當量空燃比為1.6的稀燃條件下，其平均火焰傳播速度可提高100%以上，而燃燒壓力可提高10%以上。該電場與電漿助燃等電場輔助燃燒相比，消耗電功率較低（W級），因此，該研究為稀薄混合氣或低品位燃料高效率燃燒提供一條新的研究方向和思路，也為低功耗下電場對火焰傳播速率的提高提供新的研究方向和思路。
