[毕业论文] 等离子和高压电场对火焰燃烧过程及NOx生成的影响 [复制链接]

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毕业论文-等离子和高压电场对火焰燃烧过程及NOx生成的影响，共69页，22693字

摘要

本文实验研究了高压交变电场和气体放电等离子体对伴随流(co-flow)型甲烷

—空气扩散火焰的影响作用，并在较大的电压范围内对比了火焰形态、中间产物

浓度和燃烧烟气组成的变化。实验使用照相法观察火焰的形态；使用 FTIR 测量

产物中的 NO 和 CO 体积浓度；使用光栅光谱仪定性观测火焰中 OH 和 CH 的体

积浓度分布。实验结果表明，电场变化对火焰形态、燃烧烟气中 NO 和 CO 的体

积浓度都有着明显的作用，并呈现非单调变化趋势。随着电场强度的增大，火焰

亮度和高度先减小，后增大，进入等离子态后又急剧减小，直至熄灭。与此同时，

产物中 NO 的体积浓度先减小，后增大，进入等离子态后又急剧减小，而 CO 排

放浓度先增大，后减小，进入等离子态后突然增大。电压在 1.0 kV 和 3.2 kV 附近

是两个重要的极值点。火焰在强交变电场作用进入等离子态后，燃烧不完全加剧，

火焰不稳定性增强。光栅光谱仪测量结果表明，随着电场电压从零开始不断增大

直到发生气体放电，CH 和 OH 的体积浓度先减小后增大，最后维持在一个比较

稳定的范围内。

关键词：高压电场；等离子；扩散火焰；火焰形态；NOx

ABSTRACT

This paper experimentally studied the influence of high-frequency alternating

electric field and non-equilibrium plasma on the methane–air diffusions flame caused

by the high-frequency. The flame shape, the intermediate products and the composition

of the final products were analyzed over a large-range voltage. As the voltage increases

from zero till the value at which corona discharge occurs, the volumetric

concentrations of OH and CH increase firstly, then decrease and finally remain at a

constant level. The electric field significantly influences the volumetric concentration

of NO and CO in the product gases. The NO volumetric concentration firstly decreases

and then increases when the voltage increases, and sharply decreases when the corona

discharge occurs. Correspondingly, the CO volumetric concentration firstly decreases,

then increases as the voltage keeps increasing, and sharply decreases when the corona

discharge occurs. The variation trend is opposite to that of NO volumetric

concentration. At 1.0 kV and 3.2 kV, there are two important extreme points. The

burning becomes incomplete and the flame turns instable when the plasma is applied

to the system.

Keywords：Electric field; Plasma; Diffusion flames; Flame shape; NOx

目录

第 1 章 引 言 ....1

1.1 研究背景 ...1

1.2 高压电场对火焰和 NOx 生成的影响 ......2

1.2.1 高压电场对火焰形态的影响 ..2

1.2.2 高压电场对燃烧产物 NO 的影响 ......3

1.2.3 高压电场对燃烧产物 CO 的影响 ......4

1.3 电晕放电等离子体对火焰和 NOx 生成的影响 ..4

1.3.1 电晕放电离子体（ non-equilibrium plasma）简介 ..4

1.3.2 电晕放电离子体对火焰及 NO x 生成的影响 .6

1.4 论文主要研究内容 ..........8

第 2 章 实验设备与方法 .......10

2.1 试验台的建设 .....10

2.2 主要仪器简介 .....12

2.2.1 低温等离子电源 .......12

2.2.2 光栅光谱仪 ....12

2.2.3 FTIR.....13

2.3 仪器标定与参数选择 .....13

2.3.1 FTIR 背景有效时间的确定 ...13

2.3.2 FTIR 测量分辨率的选择 .......14

2.3.3 FTIR 的标定 ...16

2.3.4 量热式质量流量计的标定 ....17

2.4 实验方案 .17

第 3 章 电场和气体放电等离子体对火焰的形态的影响 ...20

3.1 不同 Φ 值的扩散火焰在电场和气体放电下的形态 ...20

3.2 结果分析 .21

第 4 章 电场和气体放电等离子体对燃烧中间组份的影响 ..........23

4.1 实验结果 .23

4.2 结果分析 .25

第 5 章 电场和气体放电等离子体对燃烧产物的影响 ......26

5.1 不同电压高压电场和等离子体对燃烧产物 NO 和 CO 浓度的影响 27

5.1.1 实验结果 ........27

5.1.2 结果分析 ........29

5.2 电场和等离子对不同Φ 值的火焰的影响 .......30

5.2.1 实验结果 ........30

5.2.2 结果分析 ........31

5.3 燃料中通入辅助 NO x 标气条件下电场对燃烧产物浓度的影响 ......32

5.3.1 实验结果 ........32

5.3.2 结果分析 ........33

第 6 章 结论与展望 ....35

6.1 研究结论 .35

6.2 研究展望 .36

插图索引 37

表格索引 39

参考文献 40

致 谢 ......42

附录 A 外文资料的调研阅读报告（或书面翻译） .44

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