等離子體調控燃燒過程的光學診斷和機理研究

唐勇，2011年8月考入清華大學熱能工程系能源動力系統及自動化專業，2015年7月本科畢業並獲得工學學士學位。2015 年 8月免試進入清華大學熱能工程系（現更名為能源與動力工程系）攻讀動力工程及工程熱物理專業博士至今。其間2018 年 2 月至 2019 年 1月獲國家留學基金委資助赴美國俄亥俄州立大學機械與航天工程系訪問交流。

目錄

 

第1章引言

1.1研究背景與意義

1.1.1極端條件下的燃燒需求和挑戰

1.1.2傳統燃燒調控方式及其局限性

1.1.3等離子體調控燃燒的優勢分析

1.1.4等離子體在新型燃燒技術中的應用

1.2共性科學問題

1.3研究現狀

1.3.1面向助燃的等離子體放電技術發展

1.3.2等離子體對於火焰關鍵特性的調控效果

1.3.3等離子體助燃中的關鍵物理量及其診斷技術

1.3.4研究現狀小結

1.4本書研究目標及內容

 

第2章實驗系統設計和在線光學診斷

2.1本章引言

2.2等離子體放電裝置

2.2.1介質阻擋放電

2.2.2納秒脈沖放電

2.2.3滑動弧放電

2.3燃燒器

2.3.1對沖燃燒器

2.3.2旋流燃燒器

2.4光學測量

2.4.1弱電離流體的流速測量

2.4.2CH/OH基平面激光誘導熒光

2.4.3火焰釋熱率脈動測量

2.4.4譜線法測量電子密度

2.4.5基於二次諧波的瞬態電場測量

2.5本章小結

 

第3章等離子體的電動流體效應及對火焰的傳遞

3.1本章引言

3.2介質阻擋放電的電動流體效應

3.2.1表面DBD中的瞬態電場測量

3.2.2同軸DBD射流的流場解析

3.2.3電場力誘發流場擾動的理論研究

3.3對沖擴散火焰對電動流體脈動的響應

3.3.1流場結構和脈動

3.3.2釋熱率脈動及火焰傳遞函數

3.3.3擴散火焰傳遞函數的理論分析

3.4對沖預混火焰對電動流體脈動的響應

3.4.1流場結構和火焰面運動

3.4.2非穩態預混火焰的LES模擬研究

3.5本章小結

 

第4章等離子體助燃體系中的電場-火焰動力學研究

4.1本章引言

4.2靜電場平面火焰動力學研究

4.2.1平面擴散火焰在靜電場中的動力學行為

4.2.2平面預混火焰在靜電場中的動力學行為

4.3復合電場在平面火焰中的放電行為

4.3.1平行金屬電極間納秒脈沖放電

4.3.2直流納秒脈沖復合放電

4.4納秒脈沖DBD誘導的燃燒不穩定性研究

4.4.1雙層DBD放電驅動的燃燒不穩定性

4.4.2火焰振蕩的調控及其機理分析

4.5本章小結

 

第5章等離子體拓展著火/熄火極限的化學機制

5.1本章引言

5.2DBD改善著火/熄火極限的實驗結果

5.2.1DBD對甲烷著火溫度的影響

5.2.2DBD放電對甲烷熄火極限的影響

5.3DBD及火焰中關鍵中間產物

5.3.1CH自由基分布

5.3.2氣相色譜離線測量

5.4DBD拓展著火極限的化學機制分析

5.4.1等離子體重整甲烷的化學路徑

5.4.2H2對甲烷著火的影響

5.5本章小結

 

第6章等離子體對於復雜火焰的調控機理研究

6.1本章引言

6.2等離子體對預蒸發C7—C10飽和烷烴燃料著火的影響

6.2.1等離子體促進燃料裂解和著火的實驗分析

6.2.2大分子燃料著火化學機理分析

6.3滑動弧等離子體對高雷諾數旋流火焰的穩定作用

6.3.1開放空間下的調控效果

6.3.2受限空間下的調控效果

6.3.3滑動弧的點火和穩燃機理分析

6.4本章小結

 

第7章結論與展望

7.1主要結論

7.2創新點

7.3建議與展望

 

參考文獻

 

在學期間發表的學術論文與研究成果

 

致謝