等离子体对燃气在补燃室中燃烧特性的影响

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1、2017年2月第43卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2017V01．43NO．2http：??bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001·5965．2016．0146等离子体对燃气在补燃室中燃烧特性的影响洪延姬+，张鹏，沈双晏，徐徐(装备学院激光推进及其应用国家重点实验室，北京101416)摘要：为研究等离子体对多组分

2、燃气在发动机补燃室中的助燃特性，建立了多组分燃气供给系统以及扩散燃烧实验模型。测量了等离子体炬的发射光谱，得到了等离子体炬的主要激发态粒子；拍摄了多组分燃气在补燃室的扩散火焰照片，得到了等离子体对多组分燃气的扩散火焰形貌的影响；测量了补燃室4个不同截面上的静压和总压，分析了等离子体对多组分燃气在发动机中燃烧效率的影响。实验结果表明：等离子体炬主要产生氮气和氧气的激发态粒子；加入等离子体后，喷出冲压尾喷管的火焰长度得到进一步缩短，说明等离子体可以在更短的燃烧室长度内使得多组分燃气得到更加充分的燃烧；加入等

3、离子体时，补燃室不同截面的静压和总压都会出现突升台阶，说明等离子体可以加快燃气的化学反应速率，提高多组分燃气在发动机中的燃烧效率，且等离子体功率越高，燃气燃烧效率的增长率越高。关键词：等离子体炬；补燃室；扩散火焰；燃烧效率；光谱分析；甲烷中图分类号：TK411文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)02．0233．07通常燃气在冲压发动机燃烧室内的滞留时间非常短，燃气存在燃烧不充分、燃烧效率低等问题，而等离子体的化学动力学效应，通过生成的氧原子、臭氧等活性粒子，改变燃气点火燃烧过程的化学反

4、应路径，拓宽熄火极限，提高化学反应速率，实现燃料高效燃烧，因而成为近年来的研究热点¨41。1983年，Inomata等‘4o实验指出等离子体助燃在火焰传播速度、燃烧极限和燃烧效率等方面具有明显的增强效应。2007年，Vincent-Ran．donnier等"。通过分析发生光谱，指出等离子体可以加快碳氢燃料转化成H：以及C：等活性粒子。2009年，Leonov等‘6‘71实验研究了等离子体增强超声速燃烧，提出等离子体诱导点火、增强混合和保持火焰3种机制控制燃烧。2010年，Starikovskaia¨。建

5、立了等离子体简化模型，较准确地描述了等离子体点火过程。2010年，Do等一。1川研究了纳秒脉冲放电等离子体对超声速气流的火焰稳定问题，OH基的PLIF测量结果表明，等离子体可以缩短点火延迟时间50％。2011年，Sun等¨⋯o在实验研究基础上，指出等离子体在较低气压下通过激励多级反应可以起到助燃的效果。2013年，Matsubara等。141对不同放电形式等离子体在超声速气流中的助燃效果进行了实验对比，结果表明介质阻挡放电产生的化学动力学效应在燃烧极限附近可以增强高速气流的火焰稳定性。2014年，Ale

6、ksandrov等¨纠建立了等离子体助燃的反应动力学模型并进行了数值模拟研究，其中助燃对象为H，、CH。一C，H】2等碳氢燃料。2015年，在Starik一收稿日期：2016--02-29；录用日期：2016-04—15；网络出版时间：2016-06-2217：55网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160622．1755．002．html基金项目：国家自然科学基金(11372356)}通讯作者：E-mail：hongyanji@vip．sina．co

7、rn引用格式：洪延姬，张鹏，沈双晏，筝．等离子体对燃气在补燃室中燃烧特性的影响ⅡJ．北京航空航天大学学报，2017，43f2)：233-239．HONGYJ．ZHANGP，SHENSY，eta1．Effectofplasmaoncombustioncharacteristicoffuelgasinafterbumingchamber[J]_．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(2)：233·239(inChines

8、e)．234北京航空航天大学学报2017年ovskiy和Aleksandrov¨6‘研究基础上，Ju和SunⅢ1对等离子体助燃近年来的研究进行了较为全面的评述。国内的相关研究主要集中在理论和数值研究上¨“”o，等离子体应用于发动机的研究相对较少，主要研究的是等离子体点火特性。2012年，韦宝禧等¨叫实验研究了热等离子体点火器在超燃冲压发动机中的应用，表明等离子体可以缩短点火延迟时间，扩大着火范围，增加贫燃极限。2013年，于锦禄等埋川实验研