裝備學院 聶萬勝 等：納秒脈衝放電等離子體助燃技術研究進展

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來源《高電壓技術》2017年第6期

標題納秒脈衝放電等離子體助燃技術研究進展

作者聶萬勝，周思引，車學科

納秒脈衝放電產生的非平衡等離子體包含了大量基團、激發態粒子、離子等，通過控制脈衝重複頻率等放電參數能實現對等離子體產生過程的有效調節，並且放電體積較大、分布均勻、氣體溫度低、電極可運行時間長，因而十分有利於實現均勻可控的點火和燃燒，且保持較低的能耗。鑒於納秒脈衝放電等離子體眾多優勢，不少研究人員已嘗試將之用於超燃衝壓發動機、脈衝爆震發動機、汽車內燃機、航空發動機等動力裝置中。除了在傳統燃燒領域可利用納秒脈衝放電對燃燒進行控制外，隨著近年來新興燃燒技術的發展又為納秒脈衝等離子體助燃技術提供了新的應用空間，例如對無焰燃燒、超貧燃燒、低溫燃燒的改善。為認識和掌握該技術的應用特性，對相關實驗提出了很高的要求，尤其在放電與燃燒診斷方面還存在許多難點。另外，隨著計算機技術的發展，使得當前藉助模擬手段分析納秒脈衝放電等離子體助燃成為可能，也取得了不少成果。

主要創新點

1、根據核心參數氣壓大小進行劃分，分別對常低壓條件和中高壓條件下一些具有代表性的實驗研究進行了梳理，歸納了實驗裝置的類型和特點，並對高氣壓條件下放電機理進行了闡述；

2、通過介紹非常規燃燒的特點及存在問題，指出了納秒脈衝放電等離子體在超貧、無焰、低溫燃燒控制方面可能的機理及潛力，並討論了納秒脈衝等離子體控制燃燒不穩定性的可行性和優勢；

3、詳細概括了當前用於納秒脈衝放電等離子體助燃實驗診斷和模擬的方法，指出了測量存在的難點和模擬最迫切的需求。

解決的問題和意義

目前為止，對納秒脈衝放電助燃技術的研究還處於探索階段，它屬於交叉學科領域，對其助燃機理、應用方式的認識都很不全面，準確獲得實驗有關參數、建立可靠的模擬模型方面都有待深入研究。

在概括了助燃原理的基礎上，依據工作氣體壓力範圍，本文對近十年納秒脈衝放電助燃典型實驗進行了介紹與分析，並對包括超貧、低溫、無焰燃燒及燃燒不穩定控制在內的一批新興等離子體助燃技術應用方向進行了評述，有利於相關研究人員掌握最新國際動態，拓展納秒脈衝放電等離子體助燃的思路，學習一些先進的實驗設計。

診斷與模擬方面，本文依據涉及的核心參數和粒子類型，重點對非接觸式診斷方法作了較全面地概括，指出了測量中存在的電磁輻射和雜訊問題以及解決方案。在詳細對比各類模擬方法的基礎上，總結了現階段最核心的問題。

文章最後分析了本領域面臨的挑戰並作出了展望，能為等離子體輔助燃燒領域的研究提供重要的參考。

後續的研究思路

後續擬開展納秒脈衝放電等離子體在碳氫燃料發動機中的助燃效果。

引文信息：

DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20170527001

聶萬勝, 周思引, 車學科. 納秒脈衝放電等離子體助燃技術研究進展[J]. 高電壓技術, 2017, 43(6):1749-1758.

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