交流放電等離子體助燃乙烯/空氣的數(shù)值模擬

班楊楊，張 帆，鐘生輝，朱家健

（1.天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室，天津300072；2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)高超聲速沖壓發(fā)動機技術(shù)重點實驗室，長沙410073）

0 概述

超燃沖壓發(fā)動機在飛行過程中馬赫數(shù)較大，燃燒室內(nèi)氣流始終處于超音速狀態(tài)［1］，氣流自身能量較大，不再需要壓氣機壓縮空氣，這些特點使其具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較輕、單位推力大等特點。但是由于氣流流速較高，混合氣在燃燒室內(nèi)停留時間很短，僅為毫秒量級，燃料未經(jīng)完全燃燒就被噴出，且氣流速度遠大于燃燒速度，火焰易被吹熄，嚴重影響點火性能。

提高超燃沖壓發(fā)動機的點火性能可通過提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒖s短點火延遲或降低氣流速度實現(xiàn)。在燃燒室內(nèi)設(shè)置凹腔使氣流減速增壓，可增加氣流滯留時間，但會導(dǎo)致氣流的較多動能轉(zhuǎn)化成熱能，造成噴氣道的廢氣溫度很高。解決上述問題的方法是提高燃燒反應(yīng)速率，縮短點火延遲時間。根據(jù)阿倫尼烏斯公式，提高化學(xué)反應(yīng)速率強化燃燒的主要途徑是提高溫度、降低反應(yīng)活化能、增加自由基濃度。非平衡等離子體中包含大量活性自由基，被認為是最有效的助燃方法［2］，且有助于降低污染物排放［3-4］。

非平衡等離子體的電子溫度遠遠高于中性組分溫度，整個等離子體系統(tǒng)處于非熱平衡態(tài)，十分有利于化學(xué)反應(yīng)。滑動弧放電是產(chǎn)生非平衡等離子體的一種方法，其結(jié)構(gòu)簡單，通常采用交流放電模式［5-6］，在放電過程中高能電子加速碰撞氣體分子，發(fā)生電離、離解等反應(yīng)，生成大量活性粒子，可加快化學(xué)反應(yīng)進程。……