滑动弧放电等离子体激励的值班火焰头部放电特性实验

滑动弧放电等离子体在拓宽燃烧室点熄火边界、缩短点火延迟时间、提高燃烧效率等方面具有显著优势。在已有燃油裂解头部的基础上,优化滑动弧放电位置,创新地研制了基于滑动弧放电等离子体激励的燃烧室值班火焰头部,并对其放电特性开展了实验研究,着重分析了不同空气流量和输入电压对电弧动态特性、滑动模式、平均击穿电压、平均功率、平均旋转角速度的影响。结果表明：提出的方案能在文氏管与燃油喷嘴之间形成稳定的旋转滑动弧放电区域,同时存在两种不同的放电模式,即steady arc gliding (A-G) 模式和breakdown gliding (B-G) 模式,受空气流量和输入电压的显著影响,当空气流量小于200 L/min时,在140~240 V的输入电压下,主要以A-G模式放电,随着空气流量的增加向B-G模式发展,而随着输入电压的增加,A-G模式占比逐渐增大;放电平均击穿电压、旋转角速度随着输入电压的增加或空气流量的减小而减小,但平均功率随输入电压的增大而增大。     

单头部模型燃烧室滑动弧等离子体点火数值仿真研究

针对航空发动机燃烧室内滑动弧等离子体点火的特性,采用数值模拟的方法对航空发动机单头部模型燃烧室进行滑动弧等离子体点火研究,将滑动弧等离子体简化为动态热源,并将滑动弧等离子体点火与电火花点火对比,归纳2种点火方式下燃烧室点火过程中温度分布与火焰演化的规律,总结滑动弧等离子体点火的特性。计算结果表明,电火花点火和滑动弧等离子体点火2种点火方式所能达到的平均温度峰值基本相同。在滑动弧等离子体点火过程中,放电功率为200 W、空气流量为25 m3/h条件下,余气系数为1时,着火延迟时间为224.6 ms;余气系数为2时,着火延迟时间为324.9 ms;余气系数为4时,着火延迟时间为878.7 ms。另外,在放电功率为200 W、余气系数为1的条件下,当空气流量为15 m3/h时,着火延迟时间为194.8 ms;空气流量为35 m3/h时,着火延迟时间为298.9 ms。结果表明着火延迟时间随着余气系数、空气流量的增大而增长。     

氨滑动弧等离子体激励的数值建模

在双碳背景下，氨的使用及其燃烧难题的解决受到国内外学者的重视。针对改善氨燃烧问题，研究了二维流体动力学-零维反应动力学-燃烧动力学思路，分析了滑动弧等离子体条件下氨的裂解和燃烧特性。利用COMSOL计算软件建立了考虑电磁的二维流体计算模型，研究了滑动弧在反应器中的演化；建立了适用于氨的零维滑动弧模型，研究了滑动弧中全电离-转捩-非平衡3个阶段的温度和组分演化规律；利用CHEMKIN计算软件建立了燃烧模型，评估了等离子体对NH₃/air混合气燃烧特性的影响，此外对在混合气中添加CH₄进行了分析。结果表明，等离子体能够促进氨的裂解，降低氨的点火延迟时间，并且提高其层流燃烧速度，但是在混合气中将部分等离子体条件下的NH₃替换为CH₄后，整体燃烧效果有所下降。     

三维旋转滑动弧等离子体助燃激励器的光谱特性实验

为研究不同射流流量和放电电压下三维旋转滑动弧等离子体助燃激励器的光谱特性规律,对3种不同几何结构的电极,在大气压下进行了交流滑动弧放电等离子体的光谱信号测量。结果表明:当流量和电压越大时,三维旋转滑动弧放电等离子体的振动温度越高,即振动激发强度越强。同时,比较A、B、C 3种滑动弧放电等离子体电极结构的光谱特性后发现,A型电极在滑动弧放电过程中产生的等离子体的振动温度最高,最有利于激发产生等离子体。综合考虑以上几种因素发现,流量对振动温度的影响最为明显,流量越大,OH、O2和O等粒子的相对发射强度也越强。例如,在U0=120V下,当Q=40g/min时O的平均相对发射强度约为1 800a.u.unit,当流量增大到Q=100g/min时,O的平均相对发射强度为2 800a.u.unit。     

基于化学平衡的等离子体助燃计算与分析

研究了非平衡等离子体助燃的机理,并用最小Gibbs自由能理论对注入粒子后甲烷的燃烧进行了计算。对注入不同量粒子后燃烧温度和燃烧产物的分析证明,等离子体所具有的化学动力学特性可以加快反应的进行,增加燃烧温度和降低燃烧污染物的排出,从而验证了等离子体在航空发动机燃烧室中助燃的可行性。     

湍流等离子体发生器工作特性实验

为了指导湍流等离子体发生器的结构设计,基于自行研制的两路进气式湍流等离子体发生器,采用实验的手段探究了主气和保护气流量对湍流等离子体发生器工作特性(热效率、热焓值、弧压)的影响。实验结果表明:湍流等离子体发生器的弧压随着主气流量的增加而升高,而受保护气流量的影响很小;另外,弧压随着弧电流增加而降低。湍流等离子体发生器的热效率随着主气流量的增加而升高,但随着弧电流的增加而降低;保护气流量对热效率的影响随着弧电流的增加而逐渐减小。湍流等离子体发生器的热焓值随着主气和保护气流量的增加而减小,但随着弧电流的增加而增加,且最后趋于一个稳定值。在湍流等离子体发生器工作过程中,其平均弧压高达160 V,产生的高电压、低电流的伏安特性有助于提高湍流等离子体发生器的电极使用寿命。     

非平衡等离子体对CH4／空气混合物燃烧的影响

为了研究非平衡等离子体的助燃作用,以CH4/空气混合气为燃料,对单管燃烧器中的燃烧过程进行了数值研究。在3种电离度条件下,分析了非平衡等离子体中起主要作用的活性粒子(O,H)和活性基(OH)对CH4/空气混合气燃烧的影响。计算结果发现,与传统燃烧技术相比,等离子体可以提供燃烧开始的自由基,加快连锁反应的进行,从而提高燃烧温度、降低污染物排放,等离子体助燃技术还可以改善燃烧室出口流场(包括温度场和速度场)的分布。     

滑动弧等离子体降解染料废水及电极腐蚀机理

采用气液两相滑动弧等离子体工艺降解酸性橙Ⅱ废水,研究了放电电压、电极材料、溶液初始pH值和电导率对其降解率的影响。运用GC-MS方法,测定3种气氛下染料的降解产物。根据扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)结果,分析电极上脱落的金属废片。结果表明:当氧气流速为0.4m3/h,废水流量为20mL/min,电极间最窄处距离为3.5mm,溶液初始浓度为300mg/L时,放电电压升高,降解率增大,综合考虑能量效率电压选择10kV;以不锈钢为电极时,体系中形成Fenton效应,污染物降解效果最好。初始pH为2～11的酸性橙Ⅱ溶液,经滑动弧放电循环降解一次的溶液,降解率差别较明显,中性条件下最差;强酸和强碱条件下,降解率较高;但4次循环降解后,pH影响不再明显。电导率对溶液降解率的影响不大。3种气氛下,自由基攻击发色基团,苯环、萘环开环,染料脱色,生成中间体和小分子化合物。电极腐蚀主要集中在非平衡等离子区,Fe原子发生选择性溶解;氧元素的含量很高,腐蚀产物主要由Fe2O3和Fe3O4组成。     

专题：等离子体激励气动力学与燃烧学

等离子体激励气动力学与燃烧学是描述等离子体激励条件下绕流物体受力特性、气体流动与燃料着火、燃烧、熄火过程机理的科学，属于空气动力学、气体动力学、燃烧学和等离子体动力学交叉前沿领域，是先进飞行器与动力装置流动控制与点火助燃技术发展的理论基础。本专题主要依托国家科技重大专项基础研究项目、国家级重点实验室基金、国家自然科学基金资助的８篇文章，聚焦国内等离子体激励气动力学与燃烧学领域的研究进展，以期增进国内等离子体激励气动力学与燃烧学领域的学术交流，促进基础研究和技术创新的发展。专题部分内容采用增强出版形式，以加深对论文内容思路与方法的理解。     

俄罗斯等离子体点火和辅助燃烧研究进展

 点火和稳定燃烧是燃烧学研究中重要的问题之一。等离子体不仅能加热气流,而且非平衡等离子体还会产生大量化学活性物质如处于激发态的分子和自由基,可以实现大范围点火、减小点火延迟、改善火焰稳定性、拓宽可燃极限等。近年来,等离子体点火和助燃成为国际上应用基础研究领域中颇受关注的一个研究方向。俄罗斯在等离子体点火和辅助燃烧方面研究一直保持国际领先水平,开展了大量开创性工作,引领了等离子体点火和助燃的发展方向。对中国科研工作者来说学习借鉴俄罗斯在该领域的研究无疑大有裨益。文中介绍了俄罗斯在等离子体点火和助燃方面的研究进展,以及相关的研究机构和出版的刊物,以便于中国的科研工作者与俄罗斯同行开展国际合作与学术交流。     

双位错滑移运动的晶体相场模拟

【目的】研究晶体位错运动对材料加工力学性能的影响。【方法】应用改进晶体相场(Phase-field-crystal,PFC)模型,研究剪切应变作用下晶体的双位错的滑移运动特征。【结果】在应变作用下,体系的双位错只作滑移运动,运动方向平行且相反,保持匀速运动,不出现攀移运动;应变率较小时,位错作滑移运动,越过势垒需要一定孕育时间,此时滑移出现颠簸式运动特征;应变率较大时,位错滑移运动呈匀速直线运动。【结论】PFC模型能较好地用于研究位错在应变作用下的运动。     

再论龙门山飞来峰

龙门山飞来峰广泛分布于推覆构造带前缘,规模巨大。多年调研查明,龙门山飞来峰在地层组成、内部构造及其与区域构造的关系等方面均很有规律,明显反映出其构造成因,并以滑覆作用为主,其形成与龙门山构造带的发展演化密切相关     

等离子弧焊维弧行为研究

论述了等离子弧焊中维弧的存在形式及其对主弧的稳定机理，提出了解决主、维弧相互干涉的各种可能途径如采用断续维弧、交流维弧或使主、维弧具有不同通道及从维弧形态等方面提高主弧稳定性的具体措施     

无动力飞行器控制系统模型的计算机仿真研究

本文针对某无动力滑翔弹的气动特性和动力学模型,结合飞行器飞行运动特点,基于制导与控制技术的基本原理,在理想情况下,建立了该飞行器姿态控制和制导律的简化数学模型,并在一定的初始投放条件下对飞行器的飞行参数进行了大量的计算和仿真,提出了无动力飞行器的控制方法和计算机软件实现仿真的技术途径。仿真结果表明控制系统具有一定的稳定性和精度。     

层滑构造及其对煤层的影响

指出了层滑构造不仅使煤层厚度、煤层结构和煤体结构发生变化,而且使煤层的煤化程度提高,灰分增加。分析了层滑构造引起煤厚变化的几种成因方式,解释了煤质变化的形成原因。