飛秒激光等離子體助燃CH4-O2-N2燃燒的實驗研究和機理分析.pdf

1、近年來，隨著航空航天技術的進步，發(fā)展大推力火箭和沖壓發(fā)動機的需要對燃料燃燒反應速率提出了更高的要求。如果在航空發(fā)動機燃燒室中生成等離子體，將產生大量具有化學活性的粒子，改變等離子體及其相鄰區(qū)域內的燃燒狀態(tài)。而且高能粒子擴散形成的波擾動可增強燃氣紊流度，促進燃油的霧化、氣化及與空氣的混合，增大火焰前鋒與新鮮混合氣的接觸面積，以達到增強燃燒穩(wěn)定性、提高燃燒效率和降低排氣污染的目的。近年來，俄羅斯學者提出了一種采用激光激勵反應分子至某一分子或

2、原子激發(fā)態(tài)，能夠降低反應活化能從而到達助燃目的的新方法。
　　本文結合等離子體助燃技術和激光激勵的相關理論，在層流預混條件下對激光等離子體助燃進行了實驗研究和機理分析。針對課題研究的內容，結合自身具備的實驗條件，提出實驗思路，搭建了激光等離子體助燃實驗臺。以甲烷燃料作為燃料，利用CCD、光譜分析儀及圖像處理技術，采用本生燈燃燒器實驗臺，對CH4/O2/N2在激光等離子體助燃條件下的火焰?zhèn)鞑ヌ匦赃M行實驗研究。
　　通過我們激光

3、等離子體助燃的實驗研究，發(fā)現采用飛秒激光等離子體助燃，激光作用產生777.4nm和844.6nm兩個波長的氧原子，能夠提高甲烷燃燒的化學反應速率，火焰?zhèn)鞑ニ俣让黠@增加，從而提高氣體燃料燃燒的穩(wěn)定性；同時，通過CHEMKIN模擬向初始CH4/O2/N2反應物中添加777.4nm、844.6nm波長的激發(fā)態(tài)氧原子的情況時，氧原子濃度的提高能夠顯著提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?。這很好的解釋了飛秒激光等離子體助燃的主要機理，氧原子能夠促進化學反應的進行，從