DBDプラズマアクチュエータを用いた新しい着火・燃焼促進技術の開発

使用DBD等离子体致动器开发新的点火/燃烧促进技术

基本信息

  • 批准号:
    23656125
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2011 至 2013
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

初年度は,超音速流路壁面に設けられたDielectric Barrier Discharge (DBD: 誘電体バリア放電)デバイスの上流から燃料を噴射し,着火実験を行いDBDプラズマの反応性を調べた。その結果,水素と炭化水素のいずれでも,火炎形成は目視確認できず,分光分析でも燃焼生成物は確認できなかった。これは全温が常温の超音速流で実験したため,静温が著しく低く,熱的効果のない非平衡プラズマのみでは着火に至らなかったと考えられる。次に静温が室温の亜音速流中でも同様の実験を試みたが,着火には至らなかった。そこでDBDプラズマの反応性を高めるため,トーチ形状で作動ガスをプラズマ化する非平衡プラズマトーチを考案した。従来の主流設置型DBDデバイスでは,主に空気がプラズマ化されるが,トーチ型ではプラズマ化される気体を自由に選べる。炭化水素を作動ガスとすれば,CH等の着火促進効果が大きい燃料フラグメントを供給できると考えられる。このような非平衡プラズマトーチを開発し,亜音速流への非平衡プラズマ供給に成功した。また着火効果解析を行い,メタン/アルゴンプラズマの着火性が高いことを予測した。次年度は,超音速流中に設置するDBDデバイス形状を従来のステップ付から平板に変え作動特性を調べた。その結果,平板型DBDデバイスはステップ付に比べて,電極と周囲の風洞金属部品との間で意図せぬ放電が起り易く,動作安定性で劣ることが分かった。先に開発した非平衡プラズマトーチを吸込み式超音速風洞に取り付けた場合,トーチから流出する荷電粒子が周囲の誘電体被覆部を超えて金属製風洞壁に達し,別の放電形態となった。これへの対応や,炭化水素燃料で作動した場合のプラズマの分光分析等は,研究代表者の長期入院により実施できなかった。最終年度は研究代表者が入院のまま退職したため,研究は実施できなかった。
第一年,从安装在超音速通道壁上的介质阻挡放电(DBD)装置的上游注入燃料,并进行点火实验以研究DBD等离子体的反应性。结果,无论是氢气还是碳氢化合物都无法目视确认火焰形成,并且通过光谱分析也无法确认燃烧产物。这是因为实验采用超音速流进行,总温度为室温,因此静态温度极低,认为仅靠非平衡等离子体,没有热效应,不会导致点火。接下来,在室温下的亚音速流动中尝试了类似的实验,但没有发生点火。因此,为了提高DBD等离子体的反应活性,我们设计了一种非平衡等离子体炬,以炬的形式将工作气体转化为等离子体。以往主流的DBD装置中,主要将空气等离子体化,但在炬式装置中,可以自由选择等离子体化的气体。如果使用碳氢化合物作为工作气体,则可以供给具有大的点火促进效果的燃料碎片,例如CH。我们开发了这样的非平衡等离子体炬,并成功地向亚音速流提供非平衡等离子体。我们还进行了点火效应分析,并预测甲烷/氩等离子体具有高可燃性。去年,我们将安装在超音速流中的DBD装置的形状从传统的阶梯型改为平板型,并研究了其运行特性。结果表明,平板DBD装置更容易在风洞的电极和周围金属部件之间引起意外放电,并且稳定性不如台阶式DBD装置。当先前开发的非平衡等离子体炬安装在抽吸式超音速风洞中时,从炬中流出的带电粒子到达周围介电涂层之外的金属风洞壁,产生不同形式的放电。由于主要研究者长期住院,我们无法解决这个问题,也无法在使用碳氢燃料进行操作时对血浆进行光谱分析。最后一年,由于主要研究者仍在住院期间退休,研究无法进行。

项目成果

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    $ 2.41万
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