探针结构对Ti/CuO微波点火延迟时间的影响

为了研究探针结构对微波点火性能的影响,使用4种探针对Ti/CuO点火药的微波点火延迟时间进行了测试,并通过模拟对探针结构进行优化,获得了探针参数(长度、包覆层厚度、尖端锥度和镀层厚度)对电场强度的影响规律。结果表明,探针针尖处的电场强度显著影响点火延迟时间,在2.45 GHz、50 W微波作用下,探针1、2、3、4最大电场分别为1800、190、34和53 kV/m,Ti/CuO的点火延迟时间分别为222.6、660.5、949.1和921.3 ms;在2.45 GHz、1 W微波作用下,当探针长度为26 mm、PTFE包覆层长度为8 mm、厚度为0.75 mm、针尖锥度为0.243和金镀层厚度为5μm时,能够将电场强度从原来的约10 kV/m提升到约1000 kV/m,并且电场分布集中于尖端。

基于圆柱形谐振腔的微波点火方法

微波点火是一种具有发展前景的点火方式,然而目前的微波点火方法大多采用1/4同轴谐振腔作为点火装置,点火效果较差。为改进这种微波点火方法,对圆柱形微波谐振腔展开研究,提出了基于圆柱形谐振腔的微波点火方法。圆柱形谐振腔主要有TE_(111)和TM_(010)这2种谐振模式。通过理论分析和仿真模拟,分别设计了基于2种谐振模式的试验装置。得到结果如下:利用基于TE_(111)谐振模式的试验装置成功实现了点火,但是工作气压较低,只有0.012 MPa;而利用基于TM_(010)谐振模式的试验装置可实现1MPa下的稳定点火,这种点火方式可以提高点火可靠性、拓宽稀薄燃烧的极限。此外,还通过在TM_(010)谐振腔内部增加多个金属尖端的方式实现了多点点火。与火花塞点火相比,微波点火方法可以加快燃烧速度、提高热效率,使其到达压力峰值的时间缩短15%,同时可以提高5%的峰值压力。

内燃机微波点火研究进展综述

综述了国内外运用于内燃机的微波点火的研究现状和技术特点,将微波点火主要分为3类,即微波谐振炬点火(Microwave resonator Torch Ignition,MTI)、微波辐射空间点火(Microwave radiation Space Ignition,MSI)、微波等离子体助燃(Microwave plasma Assisted Ignition,MAI),并介绍了微波点火可能的着火燃烧机制。指出微波点火有可能大幅拓展发动机稀燃极限,相对传统火花点火有显著的节能和减排潜力。

一种汽车发动机微波点火器的仿真研究

简要介绍了微波点火技术,对四分之一波长同轴谐振腔点火器的发展进行了概述。采用三维电磁仿真软件HFSS模拟了内导体对称环结构的耦合方式。在输入功率为400W时,内导体的顶部电场强度可达到2.3×107 V/m左右,满足汽车发动机在高达1×106 Pa气压下激发等离子体火焰的门限条件—2.25×107 V/m。

一种新型的汽车发动机微波点火器

文中设计了一种新型的同轴线谐振腔微波点火器,谐振频率为2.45 GHz。应用于汽车发动机点火,替代传统的火花塞。该设计基于四分之一波长同轴谐振腔理论,谐振腔为一端短路另一端开路的同轴线构成,内导体由两段不同直径的铜圆柱构成。通过三维电磁仿真软件HFSS得到:在输入功率为500 W时,内导体的顶部电场强度可达到2.4×107 v/m左右,满足汽车发动机高压下形成等离子体的门限条件—2.25×107 v/m,达到点火效果。

基于功率诊断的微波辅助点火能量沉积研究

基于功率诊断方法,研究了不同微波参数(脉冲波形和馈入延迟时间)下对微波辅助点火的增强效果,精确测量了点火过程中与火核耦合的微波能量,并分析了能量耦合的内在机制.结果表明:入射的部分微波能量以产生等离子体的形式耦合到点火火核中,耦合能量随微波脉冲功率的增大而提高,随延迟时间的增大而减小,最高耦合能量达到6.16 mJ;火核的增强效果与耦合能量的变化趋势一致,表明耦合的微波能量是点火增强的内在原因;能量耦合效率(耦合能量/入射能量)一般随脉宽和延迟时间增大而减小,最高耦合效率达到7.23%;并发现了微波能量耦合过程中存在从较低的效率转变到较高的稳定耦合效率的现象,将后者定义为饱和耦合模式;脉冲持续时间内到达饱和耦合模式的转变过程越短,能量耦合效率越高;饱和耦合模式下的能量耦合效率不受微波参数的影响,但高功率短脉宽的脉冲波形和低延迟时间能够更快达到饱和耦合模式,明显提高点火增强效果.

氩气氛围下微波辅助点火机理

基于自行搭建的微波辅助点火(MAI)试验台架,引入高时间分辨率的电气诊断系统,对比了N_(2)氛围和Ar氛围对微波辅助点火核心发展的影响,并从微波等离子体形成和放电电流演变等方面探究了MAI点火核心发展的内在机制.结果表明:当量比为0.80时,N_(2)氛围和Ar氛围中的微波增强作用均与微波等离子体的强度明显相关,但二者等离子体生成特征存在明显区别,Ar氛围中微波等离子体的生成阈值更低.将Ar氛围的当量比降低至0.65时,微波等离子体的生成特征与当量比为0.80的Ar氛围中基本一致,与当量比为0.80的N_(2)氛围存在显著差异,故微波等离子体的生成特征主要由工质氛围决定.用电气诊断系统得到的微波辅助放电窗口能定量表征微波等离子体的强度,同时,微波等离子体强度与微波对点火核心的增强效果呈线性相关.最终明确了微波辅助点火存在两个作用窗口,分别是增强火花放电的微波辅助放电窗口和增强点火核心的微波辅助点火窗口,二者共同作用决定着微波增强的最终效果.

微波在含能材料中的应用研究进展

微波作为一种清洁能源,因其独特的穿透性可在体积内与含能材料相互作用,安全性高,在含能材料中应用广泛。本文从微波在含能材料测试中的应用、微波辅助合成含能材料、微波激发含能材料以及微波增强推进剂燃烧等进行了总结,指出了微波辅助合成含能材料机理尚不明确、微波敏化炸药中引入的吸波材料较单一、微波增强燃烧只适用于部分推进剂等问题,提出了未来的发展方向:扩充吸波材料种类、通过纳米铝热剂的微波点火来激发非金属含能材料以及实现微波装置的灵巧、便捷性。

内燃机微波协助点火研究发展综述

稀薄燃烧是能够大幅度提高内燃机热效率和降低内燃机排放的最有潜力的技术之一。针对稀薄燃烧面临的点火困难、燃烧不稳定等问题,综述了一种新型内燃机点火方式——微波协助点火技术,主要介绍了国内外微波协助点火技术的发动机台架试验研究、定容弹试验研究和点火机理等方面的研究,并指出微波协助点火这一技术能在无需改变内燃机现有结构的前提下大幅提高内燃机的燃烧稀限,对于改善汽油机或天然气发动机的稀薄燃烧性能具有巨大的应用潜力。

微波辅助点火对CO_(2)稀释甲烷燃烧的影响

为提高内燃机热效率和降低污染物排放,研究了CO_(2)稀释条件下的甲烷微波辅助点火特性。基于定容燃烧弹台架,将微波馈入到对置式电极以促进点火,采用高速纹影法探索不同试验条件下火核早期发展规律。结果表明:微波辅助点火(MAI)模式下,CO_(2)稀释极限得到提高,16%CO_(2)稀释比仍能成功点火。在8%CO_(2)稀释比时,馈入微波能将甲烷可燃极限从火花点火(SI)模式下的0.7拓展到0.6。随微波功率的升高,火核等效半径增大,但增大程度逐步减小;在不同CO_(2)稀释比条件下,微波频率对火核的增强效果出现不同规律。本研究结果可为废气再循环(EGR)氛围下应用微波辅助点火技术提供理论支撑。

微波点火技术及其在汽油机上的应用

1传统火花塞点火方式的缺点火花塞点火应用于汽油机已经有100多年的历史。点火虽然从一开始的单点点火发展到了目前的多点点火,但却依然是沿用火花塞点火技术,而火花塞点火技术的进步却掩盖不了火花塞点火系统存在的问题。(1)火花塞点火方式造成的汽油机燃烧循环波动率要高于柴油机,且有研究表明燃烧循环波动率每增大1%,汽油机的指示热效率便降低1.5%。

一种小型微波等离子炬装置

简要介绍了微波等离子体以及微波谐振炬点火器的应用研究情况。基于四分之一波长同轴谐振腔基本理论,采用电磁仿真软件HFSS设计出的一种微波等离子炬装置,在输入功率为5 W,腔体内电场可达到30kV/cm(标准气压下空气被击穿的电场强度),从而产生微波等离子体。

微波等离子体点火的试验研究

建立了微波点火试验平台,实现了定容燃烧弹内的可燃混合气的微波点火燃烧。研究了不同初始压力、混合气浓度条件下的微波点火燃烧特性。试验结果表明,微波谐振产生等离子体可以在相对燃空当量比为0.65的稀薄混合气条件下实现稳定甲烷点火燃烧。当初始压力较低时,混合气容易被击穿,产生大量等离子体;当初始压力较高时,混合气难以被击穿,但着火后的燃烧速度较快。