【摘 要】
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等离子辅助CH4燃烧主要通过甲烷放电产生的激发态粒子、自由基等活性粒子,来改善火焰燃烧稳定性、提高燃烧的效率以及降低污染物排放等问题。研究CH4放电在放电过程中各个时刻的电子密度、电子温度、放电空间内电场以及粒子密度随着参数的时空演变,可以为CH4辅助燃烧提供理论依据。本文采用Comsol设定相关控制方程、核心反应方程以及边界条件等模型参数,建立1-D仿真模型,对CH4/He/O2进行介质阻挡放电
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等离子辅助CH4燃烧主要通过甲烷放电产生的激发态粒子、自由基等活性粒子,来改善火焰燃烧稳定性、提高燃烧的效率以及降低污染物排放等问题。研究CH4放电在放电过程中各个时刻的电子密度、电子温度、放电空间内电场以及粒子密度随着参数的时空演变,可以为CH4辅助燃烧提供理论依据。本文采用Comsol设定相关控制方程、核心反应方程以及边界条件等模型参数,建立1-D仿真模型,对CH4/He/O2进行介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)数值模拟。首先,研究在激励源频率20kHz、电压峰-峰值20kV正弦交流激励源下CH4/He/O2放电过程中电子密度、电子温度和电场强度等放电参量的时空分布,同时分析粒子密度的反应路径和轴向分布。然后,研究在电流脉冲峰值时刻B的电子温度、电场强度以及粒子密度的轴向分布随着激励源频率和电压峰-峰值的变化,并通过李萨如图(Lissajous)分析放电空间内传输电荷的变化。最后,研究介质材料、放电间隙以及介质厚度对CH4/He/O2混合气体放电特性的影响,分析CH3、CH5+等粒子密度在放电间隙内不同空间位置随时间的变化,为DBD反应器结构优化和电极设计提供理论依据。仿真研究结果表明:CH4/He/O2放电具有辉光放电类似的放电通道,在几种典型粒子中H、CH3密度最大,达到1020m-3数量级,CH3+和CH4+的密度的轴向分布与电子温度分布规律较为相似;随着电压峰-峰值增大,放电过程增强,放电空间内的传输电荷增加,但传输电荷随着激励源频率增大基本不变;其中O、H密度在正周期放电随着放电时间逐渐增加,CH5+密度在不同空间位置随时间的分布与回路电流分布基本类似,CH3在放电空间转化快,寿命较短。本文对CH4/He/O2放电特性及等离子体参数的研究,可以为CH4辅助燃烧和转化提供理论依据以及DBD电极设计、优化提供参考。图[49]表[2]参[78]
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