等離子點(diǎn)火發(fā)生器多物理場(chǎng)的數(shù)值研究.pdf

1、等離子點(diǎn)火技術(shù)是一項(xiàng)新型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火技術(shù),具有點(diǎn)火延遲時(shí)間短、點(diǎn)火能量高及活化助燃的優(yōu)點(diǎn)。由于燃燒室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)氣流的存在,會(huì)導(dǎo)致等離子點(diǎn)火器的射流長(zhǎng)度不足,甚至不能穩(wěn)定地點(diǎn)燃油氣混合物。因此本文針對(duì)某型等離子點(diǎn)火發(fā)生器的流動(dòng)特性進(jìn)行了深入的研究,目的是改進(jìn)點(diǎn)火器的射流剛性及強(qiáng)度,從而提高其惡劣環(huán)境中的點(diǎn)火性能。
　　本文首先理論計(jì)算了等離子點(diǎn)火發(fā)生器內(nèi)空氣的化學(xué)反應(yīng),研究了等離子體的活化助燃特性。再次基于Fluent二次開(kāi)發(fā)計(jì)算了

2、點(diǎn)火發(fā)生器內(nèi)電磁場(chǎng)、流場(chǎng)及溫度場(chǎng)多場(chǎng)耦合特性,并對(duì)點(diǎn)火器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后基于等離子體與磁場(chǎng)及電場(chǎng)的可作用性,設(shè)計(jì)了屏蔽式磁透鏡和浸沒(méi)物鏡型電透鏡裝置,提高了點(diǎn)火器的點(diǎn)火性能。
　　本文計(jì)算化學(xué)反應(yīng)時(shí),假定高溫空氣反應(yīng)均達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),利用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢(shì)求解各反應(yīng)平衡常數(shù),計(jì)算了10000K溫度下高溫空氣的平衡成分并分析了活化粒子的濃度。其次本文對(duì)Fluent軟件進(jìn)行了多物理場(chǎng)耦合計(jì)算程序的開(kāi)發(fā),研究了電磁場(chǎng)與流場(chǎng)、溫度場(chǎng)之

3、間的相互作用,采用了考慮低雷諾數(shù)的RNGk??雙方程湍流模型,方程中考慮了輻射、電子遷移功、焦耳熱及自感應(yīng)洛倫茲力的影響,并對(duì)點(diǎn)火器的工作電流、進(jìn)氣流量及結(jié)構(gòu)尺寸(噴嘴半徑、噴嘴長(zhǎng)度、陰極內(nèi)縮量)進(jìn)行了對(duì)比性研究,最終確定了最佳工作參數(shù),并優(yōu)化設(shè)計(jì)了電極結(jié)構(gòu)。本文還基于ANSYS電磁學(xué)模塊設(shè)計(jì)了具有磁屏蔽裝置的磁透鏡裝置,優(yōu)化設(shè)計(jì)了磁透鏡的工作參數(shù)。
　　結(jié)果表明:在點(diǎn)火器工作溫度范圍內(nèi),射流區(qū)域內(nèi)的高溫空氣發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的

4、氧原子成分對(duì)燃料的燃燒起到助燃作用。經(jīng)過(guò)對(duì)比,考慮低雷諾數(shù)的RNGk??雙方程模型可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)點(diǎn)火器內(nèi)及射流區(qū)域的流動(dòng)特性。提高點(diǎn)火器的工作電流可明顯提高射流剛性與強(qiáng)度,但會(huì)增加電極燒蝕速度;增加進(jìn)氣流量,可提高射流剛性降低電極溫度;陽(yáng)極半徑的大小對(duì)射流速度的大小起決定性作用,陽(yáng)極半徑越小,射流速度越大;增加陰極內(nèi)縮量可同時(shí)提高點(diǎn)火器射流的速度和溫度并明顯降低陰陽(yáng)極之間電壓;減小陽(yáng)極長(zhǎng)度可提高點(diǎn)火器的溫度,但影響程度較小。當(dāng)施加外部磁場(chǎng)時(shí)