甲烷燃气激光诱导等离子体助燃研究

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1、硕士学位论文甲烷燃气激光诱导等离子体助燃研究THEEXPERIMENTALSTUDYOFLASERINDUCEDPLASMAASSISTEDCOMBUSTIONOFMETHANEGAS周凌峰哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN249学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工程硕士学位论文甲烷燃气激光诱导等离子体助燃研究硕士研究生：周凌峰导师：陈德应教授申请学位：工程硕士学科、专业：光学工程所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2015年6月30日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN249U.D.C:535Disse

2、rtationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEEXPERIMENTALSTUDYOFLASERINDUCEDPLASMAASSISTEDCOMBUSTIONOFMETHANEGASCandidate：lingfengZhouSupervisor：Prof.DeyingChenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalengineeringAffiliation：Dept.ofOptoelectronicsInformationScienceandTech

3、nologyDateofDefence：June30th,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要激光诱导等离子体助燃技术是一种提高燃料的贫燃极限和火焰稳定性的新型助燃技术，具有非侵入式、助燃位置精确可控、能量利用率高等优点，但其机理尚不明确。本文研究了激光诱导等离子体助燃的温度和流场结构，对激光等离子体作用机制进行了分析。首先，介绍了激光诱导等离子体助燃的发展现状，分析了流场结构和激光等离子体助燃的温度时间演化特性的研究现状，给出了基于纹影技术和发射光谱技术

4、的流场结构和温度测量方法，对OH和CH发射光谱拟合证明了谱线对于温度测量的敏感性。其次，利用纹影技术研究了静止空气与高速空气流中激光等离子体的流场结构，发现在静止空气中，激光等离子体作用后流场呈现沿与激光垂直方向上下对称发展，沿激光入射反方向快速扩张的发展态势；在高速空气流中，空气流速越高，激光等离子体流场结构沿气流方向发展的程度越大，第三波瓣越难形成，更易被吹散。同时研究了甲烷扩散燃气和CH4/N2/O2预混燃气激光等离子体作用后的流场结构，分析不同条件下助燃所需重频（流速23.6m/s的甲烷燃气稳燃所需最小激光重频为133Hz），发现初始火核的发展导致了火焰的形成。

5、最后，采用Mckenna平面燃烧器对发射光谱测温技术进行了验证，证明了该技术的正确性。通过对CH发射光谱拟合获得了CH4/N2/O2预混燃气激光等离子体助燃火核温度的时间演化特性，发现激光等离子体作用后温度可达3000K±300K，该温度对化学反应的进行有着促进作用，说明热效应在激光等离子体助燃中发挥着重要作用。本文的研究成果对于明确激光诱导等离子体助燃的机理研究有着重要的研究价值。关键词：激光诱导等离子体助燃；甲烷燃气；纹影技术；发射光谱测温技术I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractLaserinducedplasmaassistedcombustion[LPA

6、C]isanewcombustiontechniquewhichcanimprovetheleanburnlimitandtheflamestability.Thistechniquehasmanyadvantages,suchasnon-invasive、plasmafunctionareacontrolledexactly、andhighefficiency.Thearticlecarriedouttheresearchonthemechanismofthermaleffectsandflowfieldstructureoflaserinducedplasmaass

7、istedcombustion.Themechanismoflaserplasmahasbeenanalyzed.Firstly,thispaperintroducedthedevelopmentoftheLPAC,analyzedtheresearchofthetimeevolutionoftheflowfieldstructureandthetemperature.BasedontheSchlierentechniqueandopticalemissionspectroscopy,themethodsweregiventostudyt