基于量子化学理论的等离子体助燃甲烷燃烧机制研究

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1、学校代码：密级：公开茗又邊乂學硕士学位论文基于量子化学理论的等离子体助燃甲烷燃烧机制研究作者姓名张依婷学科专业动力机械及工程指导教师陈琪副教授培养院系机械与电子控制工程学院二零一五年三月口交遂乂孳硕士学位论文基于量子化学理论的等离子体助燃甲烷燃烧机制研究作者：张依婷导师：陈琪北京交通大学年月￥位论文版权使用授权书本学位论文作者完全丫解北京交通大学打关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采州影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供査阅和借阅。同意学校向家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授

2、权说明）学位论文作者签名导师签名：签字曰期：年月丨日签字曰期：年月⋯曰屮图分类卞校代码：：密级：公幵北京交通大学硕士学位论文基于量子化学理论的等离子体助燃甲烷燃烧机制研宄作者姓名：张依婷’号：导师姓名：陈琪职称：副教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：动力机械及工程研宂方向：等离体助燃北京交通大学年月致谢岁月如歌，光阴似箭，两年半的研究生生活即将结束。回首这两年多的求学经历，对那些引导我、帮助我的人，心中充满感激。首先要感谢我的导师陈琪副教授，在研宄生期间，从生活到学习，陈老师都给予我无私的帮助和贴心的关怀，在论文的定题和论文的定稿中，陈老师都倾注了大量的心血，在此谨向陈老师表

3、示我最诚挚的敬意和感谢。陈老师对待工作严谨的态度也深深打动着我，我须以陈老师作为我今后努力工乍的榜样。感谢曾经教导过我、关心过我的老师，感谢与我在实验室一起学习的贾云浩、毛兴谦、谢鹏敏，还有己经毕业的张浩和陈轩师兄，无论在学习还是生活上，互相帮助，让我在一个充满温馨的环境中度过了美好的研宄生生活。最后，感谢我的家人和朋友们，感谢他们给予我的关心和鼓励，他们是我不断前进的动力，愿他们身体健康。北京交通大学硕士学位论文中文摘要中文摘要等离子体助燃方式作为一种被广泛应用的新型助燃方式，在航天、能源、环保等领域占有重要的地位。等离子体与燃烧体系的耦合，对燃烧的热力、动力以及流体方面产生影响

4、，造成了分析等离子体助燃机理的困难，故需结合等离子体物理、等离子体动力学、燃烧动力学、流体动力学，分析等离子体助燃机制以及对燃烧的强化效应。本文采用数值模拟与实验测量相结合的方法，确定等离子体助燃甲烷主要的反应机理，研宂助燃火焰的发射光谱，分析等离子体助燃甲烷燃烧的强化机制。量子化学是描述化学微观反应的学科，本文以量子化学为理论基础，基于已初步探明的等离子体助燃甲烷燃烧的主要反应，利用量子化学计算软件分析助燃主要反应路径确定反应、和的反应步骤及反应活化能，绘制反应势能面，获得主要反应的反应机理，并完善等离子体助燃甲烷的主要反应途径。同时利用软件分析在等离子体助燃环境下主要基团的热力

5、学性质、结构特点、静电势分布及振动分布，得到主要基团的性质特征。利用光谱仪测量等离子体助燃甲烷燃烧的火焰，获得等离子体火焰不同部位的发射光谱，由于火焰不同部位包含的粒子不同，造成发射光谱的不同。改变输入功率，研宄发射光谱的改变情况，结果表明发射光谱的相对强度随着输入功率的增加而增加。此外利用软件模拟丨和的发射谱线，对比实验测量结果拟合获得丨和随着输入功率变化的转动温度和振动温度。结合模拟与实验结果，分析等离子体助燃甲烷燃烧的强化机制。结果表叨，等离子体的加入致使活性基团浓度增加、燃烧温度提高，增强基团活性并减少反应活化能达到强化燃烧的目的。关键词：等离子体助燃；反应机理；发射光谱：

6、强化机制北京交通大学硕士学位论文，—————，，〗北京交通大学硕士学位论文北京交通大学硕士学位论文目录目录觀舰研宄背景及意义国内外研究现状等离子体助燃研宄现状甲烷燃烧反应机理研究现状研宄成果小结及今后研宂方向展望本文研宂目标及研宄内容基于量子化学的模拟方法弓言量子化学理论薛定谔方程密度泛函理论势能面频率分析振动频率的计算热力学能与频率的关系内稟反应坐标理论等离子体助燃甲烷燃烧主要基团的模拟分析弓丨言等离子体助燃甲烷主要反应分析等离子体助燃甲烷主要基团分析主要基团热力学分析主要基团静电分析主要基团频率分析本章小结等离子体助燃甲烷燃烧主要反应的模拟分析北京交通大学硕士学位论文目录弓丨言

7、氧气和氢原子的反应模拟结果分析甲烷生成甲基的反应模拟结果分析甲基生成甲醛的反应模拟结果分析甲醛生成甲酰基的反应模拟结果分析甲醛与氧原子的反应甲醛与羟基的反应甲醛与氢原子的反应等离子体助燃甲烷燃烧途径补充分析本章小结等离子体助燃甲烷燃烧的发射光谱特性研宂弓发射光谱实验方法发射光谱测试原理发射光谱仪参数的影响等离子体助燃甲烷燃烧的光谱测量火焰不同部位的光谱分布功率对光谱测量的影响光谱测量和的转动温度等离子体助燃甲烷强化规律分析本章小结全文总结与展望全文总结研究工作展望参考