飛秒激光等離子體助燃CH4-O2-N2燃燒的實驗研究和機(jī)理分析.pdf

1、近年來，隨著航空航天技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展大推力火箭和沖壓發(fā)動機(jī)的需要對燃料燃燒反應(yīng)速率提出了更高的要求。如果在航空發(fā)動機(jī)燃燒室中生成等離子體，將產(chǎn)生大量具有化學(xué)活性的粒子，改變等離子體及其相鄰區(qū)域內(nèi)的燃燒狀態(tài)。而且高能粒子擴(kuò)散形成的波擾動可增強(qiáng)燃?xì)馕闪鞫?，促進(jìn)燃油的霧化、氣化及與空氣的混合，增大火焰前鋒與新鮮混合氣的接觸面積，以達(dá)到增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性、提高燃燒效率和降低排氣污染的目的。近年來，俄羅斯學(xué)者提出了一種采用激光激勵反應(yīng)分子至某一分子或

2、原子激發(fā)態(tài)，能夠降低反應(yīng)活化能從而到達(dá)助燃目的的新方法。
　　本文結(jié)合等離子體助燃技術(shù)和激光激勵的相關(guān)理論，在層流預(yù)混條件下對激光等離子體助燃進(jìn)行了實驗研究和機(jī)理分析。針對課題研究的內(nèi)容，結(jié)合自身具備的實驗條件，提出實驗思路，搭建了激光等離子體助燃實驗臺。以甲烷燃料作為燃料，利用CCD、光譜分析儀及圖像處理技術(shù)，采用本生燈燃燒器實驗臺，對CH4/O2/N2在激光等離子體助燃條件下的火焰?zhèn)鞑ヌ匦赃M(jìn)行實驗研究。
　　通過我們激光

3、等離子體助燃的實驗研究，發(fā)現(xiàn)采用飛秒激光等離子體助燃，激光作用產(chǎn)生777.4nm和844.6nm兩個波長的氧原子，能夠提高甲烷燃燒的化學(xué)反應(yīng)速率，火焰?zhèn)鞑ニ俣让黠@增加，從而提高氣體燃料燃燒的穩(wěn)定性；同時，通過CHEMKIN模擬向初始CH4/O2/N2反應(yīng)物中添加777.4nm、844.6nm波長的激發(fā)態(tài)氧原子的情況時，氧原子濃度的提高能夠顯著提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?。這很好的解釋了飛秒激光等離子體助燃的主要機(jī)理，氧原子能夠促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，從