甲烷-空气同轴电极介质阻挡放电数值模拟

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1、文章编号:２０９５－１２４８(２０１７)０２－００１１－０８甲烷－空气同轴电极介质阻挡放电数值模拟１１２１１１陈雷ꎬ封超ꎬ宋鹏ꎬ刘凯ꎬ张静ꎬ刘宇(１?沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室ꎬ沈阳１１０１３６ꎻ２?大连民族大学机电工程学院ꎬ辽宁大连１１６６００)摘要:在６０００Ｖ的放电电压条件下ꎬ采用直径为１０ｍｍ的同轴圆筒电极模型ꎬ研究了当量比变化对电子密度和活性粒子浓度变化的影响ꎮ结果表明ꎬ电子密度随距阴极距离的减小而逐渐增加ꎬ在距离阴极附近较小位置时(０?０５~０?４ｍｍ)电子密度的最大值呈现

2、先增大后减小的趋势ꎬ并在０?１ｍｍ位置达到峰值ꎮ放电极大地提高了活性粒子Ｈ、Ｏ、ＣＨ和ＮＯ的摩尔浓度ꎬ随着当量比３３的降低ꎬ各活性粒子的摩尔分数略有减少ꎬ但即使在最低的当量比条件Φ＝０?４时仍能产生较多的活性粒子ꎬ随当量比的变化电子密度并无显著影响ꎮ关键词:介质阻挡放电ꎻ非平衡等离子体ꎻ活性粒子ꎻ电子密度ꎻ当量比中图分类号:Ｏ５３９文献标志码:Ａｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－１２４８.２０１７.０２.００３ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＣＨ４/Ａｉｒｍｉ

3、ｘｔｕｒｅｏｆｃｏａｘｉａｌｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ１１２１１１ＣＨＥＮＬｅｉꎬＦＥＮＧＣｈａｏꎬＳＯＮＧＰｅｎｇꎬＬＩＵＫａｉꎬＺＨＡＮＧＪｉｎｇꎬＬＩＵＹｕ(１?ＬｉａｏｎｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＴｅｓｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｖｉａｔｉｏｎＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍꎬＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６ꎬＣｈｉｎａꎻ２?ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅ

4、ｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＤａｌｉａｎＮａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＤａｌｉａｎ１１６６００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆＣＨ４/ａｉｒｍｉｘｔｕｒｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｅｍｐｌｏ￣ｙｉｎｇａｃｏａｘｉａｌｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｗｉｔｈｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ１０ｍｍｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｖｏｌｔａｇｅｏｆ６０００Ｖ.Ｔｈｅｉｎｆ

5、ｌｕｅｎｃｅｓｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｒａｔｉｏｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙａｎｄａｃｔｉｖｅｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇｏｆｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｃａｔｈｏｄｅ.Ｆｏｒａｓｍａｌｌｓｃｏｐｅｎｅａｒｔｈｅｃａｔｈｏｄｅ(０?０５~０?４ｍｍ)ꎬｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｕｐｔｏ０?

6、１ｍｍꎬａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄ.ＴｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｇｒｅａｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｍｏｌａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＮＯꎬＯꎬＣＨａｎｄＨ.３３Ｗｉｔｈｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｒａｔｉｏꎬｍｏｌａｒｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｃｔｉｖｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｌｉｇｈｔｌｙꎬｂｕｔｓｔｉｌｌｐｒｏ￣ｄｕｃｅｄａｐｌｅｎｔｙｏｆａｃｔｉｖｅｐａｒｔｉｃｌｅｓａｔｔｈｅｌｏｗｅｓｔｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｒａｔｉｏΦ＝０?４.Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔ

7、ｙｈａｄｎｏｓｉｇｎｉｆｉ￣ｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｒａｔｉｏｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅꎻｎｏｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｌａｓｍａꎻａｃｔｉｖｅｐａｒｔｉｃｌｅｓꎻｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙꎻｅｑｕｉｖａ￣ｌｅｎｃｅｒａｔｉｏ作为最有应用潜力的主要替代能源之一ꎬ天然气的开采、储存及使用技术等方面的研究引起收稿日期:２０１６－０９－１２基金项目:国家自然科学基金(项目编号:５１４０９１５８)作者简介:

8、陈雷(１９８１－)ꎬ男ꎬ辽宁铁岭人ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ主要研究方向:发动机先进燃烧技术ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｙｕｒｕｎｔｉａｎｑｉ＠１６３?ｃｏｍꎮ１２沈阳航空航天大学学报第３４卷了人们的极大兴趣ꎮ天然气主要成分甲烷(ＣＨ４)１?１物理模型[１－２]的四面体分子结构中Ｃ－Ｈ键能较大ꎬ导致图１为同轴圆筒电极结构示意图ꎬ其中内电其点火能量高、火焰传播速率低ꎬ因此甲烷的氧化