激光誘導(dǎo)氣體等離子體對甲烷火焰穩(wěn)定性影響的研究.pdf

1、近年來,在航空航天領(lǐng)域,高超聲速飛行器技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。超燃沖壓發(fā)動機(jī)目前被普遍認(rèn)為是高超聲速飛行器的最佳動力系統(tǒng),已經(jīng)成為世界各國競相關(guān)注的研究熱點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)在燃燒室內(nèi)高效穩(wěn)定的點(diǎn)火和超聲速燃燒,是超燃沖壓發(fā)動機(jī)所面臨的難度最大的技術(shù)之一。由于傳統(tǒng)的穩(wěn)燃方法無法很好地穩(wěn)定超燃沖壓發(fā)動機(jī)的火焰燃燒,因此,等離子體穩(wěn)燃的概念逐漸受到人們的關(guān)注。與放電等離子體相比,激光誘導(dǎo)等離子體穩(wěn)燃方法由于其非接觸性、高重頻、可在空間任何位置產(chǎn)生等離

2、子體等諸多優(yōu)點(diǎn),非常適合于超燃沖壓發(fā)動機(jī)的穩(wěn)燃。
　　在分析了目前激光誘導(dǎo)等離子體穩(wěn)燃方法研究工作中存在的不足之后,提了本文的研究內(nèi)容,并對激光擊穿氣體產(chǎn)生等離子體的原理和激光誘導(dǎo)等離子體穩(wěn)定火焰燃燒的理論模型進(jìn)行了闡述,確定了實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)工況。
　　根據(jù)研究內(nèi)容,搭建了激光誘導(dǎo)等離子體穩(wěn)燃實(shí)驗(yàn)平臺,并研究了化學(xué)當(dāng)量比、氧氣體積百分比、激光脈沖能量和激光焦點(diǎn)的作用位置等因素對于火焰脫火極限的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),化學(xué)當(dāng)量比從

3、0.7變化到1.0時,脫火極限提高率為9.3％變到25%;氧氣體積百分比增大到22.2%時,脫火極限可以提高87.4%;脈沖能量增大到1.82mJ時,脫火極限提高了53.8%;激光光束聚焦在離管口3倍管徑的高度,火焰依然可以穩(wěn)定燃燒。這些都充分證明了激光誘導(dǎo)等離子體穩(wěn)燃方法的可行性和穩(wěn)燃效果。
　　通過實(shí)驗(yàn)中觀測到的自發(fā)輻射熒光光譜,確定了在飛秒激光的作用下,產(chǎn)生了O、CH、H、CH3等活性粒子。利用FLUENT軟件,將甲烷燃燒的