プラズマトーチの燃焼性向上における振動励起分子の効果

振动激发分子对改善等离子炬可燃性的影响

基本信息

批准号：
13750158
负责人：
滝田謙一
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750158/
关键词：
プラズマトーチラジカル振動励起分子着火保炎

项目摘要

プラズマジェット(PJ)トーチの着火・燃焼実験を種々の燃料と作動ガスの組み合わせで行い、PJの着火性に最も影響を及ぼす因子を調べた。実験結果において、燃料水素に対しては水素割合の高い水素/窒素混合作動ガスが最も着火性が高く、燃料メタンに対しては純粋酸素作動ガスが最も着火性が高いことを見出した。水素に対して水素/窒素混合作動ガスの着火性が高いのはPJ噴射時に解離しなかった水素分子が主流中で燃焼し、その発熱効果がPJの着火・燃焼性を高めたためと結論付けた。一方、メタンの着火遅れ時間の解析において、メタンに対してはOラジカルではなくHラジカルの着火促進効果が最大であること、また雰囲気酸素濃度の上昇も着火遅れの短縮にはそれほど影響しないことなどがわかった。ゆえに、メタンに対する酸素PJの有利性は単純なラジカル添加による着火遅れの短縮の議論からでは推測できず、ラジカル以外の振動励起分子やイオンの存在が重要であることを示唆する結果と考えられる。また、PJの分光計測によりPJからラジカルや振動励起分子等の種々の発光を検出することができた。ラジカルや振動励起分子の失活は速く、PJ噴射口下流10mm以上では、発光はほとんど検出できなかった。この速い失活が燃料をPJの上流から噴射したほうが下流から噴射するより着火性が高い理由である。また本研究では、特にメタンを混合させた作動ガスに注目し、C_2分子からのスペクトルがメタン濃度に比例することなどを明らかにした。しかし、PJの着火性そのものはメタンの体積割合が高い程、悪くなることがわかった。

使用不同的燃料和工作气体组合进行等离子射流（PJ）炬的点火和燃烧实验，并研究了最影响 PJ 可燃性的因素。在实验结果中，我们发现氢含量高的氢/氮混合工作气体对于燃料氢气具有最高的可燃性，而纯氧工作气体对于燃料甲烷具有最高的可燃性。得出氢/氮混合工作气体可燃性高于氢气的原因是PJ喷射时未解离的氢分子在主流中燃烧，其放热作用增加了着火性和可燃性。八打灵再也.另一方面，在对甲烷着火延迟时间的分析中发现，对于甲烷来说，H自由基而不是O自由基具有最大的着火促进效果，并且大气中氧浓度的增加并没有太大的影响。我理解缩短点火延迟的效果。因此，氧气PJ相对于甲烷的优势不能从通过简单添加自由基来缩短着火延迟的论点推断出来，但结果表明除自由基之外振动激发的分子和离子的存在很重要。此外，通过对 PJ 的光谱测量，我们能够检测到 PJ 发出的各种类型的光，例如自由基和振动激发的分子。自由基和振动激发的分子很快失活，并且在 PJ 注射口下游至少 10 毫米处几乎检测不到光发射。这种快速失活是为什么当燃料在 PJ 上游喷射时比在下游喷射时可燃性更高的原因。此外，在本研究中，我们重点研究了与甲烷混合的工作气体，并阐明了C_2分子的光谱与甲烷浓度成正比。但研究发现，甲烷的体积比越高，PJ本身的可燃性越差。