空气等离子体射流点火器特性实验研究

为了研究等离子体射流点火提升燃烧室内可燃混合气点火性能的机理,利用建立的实验测量系统,实验研究空气等离子体射流点火器的放电特性和射流特性,并与电火花点火器对比研究在航空煤油/空气混合气中的点火过程。实验结果表明,该空气等离子体射流点火器的击穿电压为9.2k V;相同电压下,电弧电流随工作介质流量的增大而减小,随点火驱动电源输出电流的增大而增大;点火器的伏安特性为下降型;等离子体点火射流长度随点火驱动电源输出电流的增大而增长,随工作介质流量的增大,先增长后缩短;来流速度对等离子体点火射流产生较大影响;等离子体射流点火延迟时间小于电火花点火。

直流电源驱动的等离子体点火器的点火特性

为获得等离子体点火器点火特性,使用自行设计的等离子体点火装置,对不同进口氩气压力和工作电流条件下的等离子体点火器高温射流特性和放电特性进行了实验研究,利用光谱仪对点火器出口处的发射光谱特征进行了测量,并根据光谱特征计算了等离子体的激发温度。结果表明:等离子体点火器的高温射流长度随进口氩气体积流量的增大先增大后减小,随工作电流的增大而增大;等离子体点火器的弧电流随进口氩气体积流量的增大而减小,随电源输出电流增大而增大;等离子体点火器出口射流的激发温度随工作电流的增大而增加,随氩气体积流量的增大而减小,所得结果对等离子体点火系统在航空发动机的实际应用具有一定的指导意义和参考价值。

航空等离子体点火器的射流特性

为了研究不同工作介质流量对等离子体点火器射流的影响,利用课题组建立的实验测量系统,实验研究了不同工作介质质量流量下等离子体射流点火器的气体击穿和维持电弧过程,并用相机记录了等离子体射流的动态变化过程。实验结果表明:等离子体点火器的工作过程分为3个阶段:击穿阶段、过渡阶段、稳定阶段;击穿阶段中,击穿电压随工作介质质量流量增大而先升高再下降再升高,工作介质质量流量为75.7 g/min和95.4 g/min时,击穿电压分别达到最大值和最小值;稳定阶段中,射流长度和平均电压随工作介质质量流量增大而先增大后减小;电弧分流周期与电压、电流周期几乎一致;电弧间分流周期随工作介质质量流量增大而减小。

热电站煤粉锅炉等离子点火器阳极冷却水系统优化

通过对等离子点火器阳极冷却水通道内的流场进行数值模拟,得到了不同冷却水进出方式、不同冷却水的流量及不同冷却通道长度时阳极表面的温度场,通过比较阳极冷却表面温度得出结论:随着进口冷却水流流量的增加冷却效果越好;随着冷却通道的长度增加冷却效果越来越好;上进侧出冷却水进出方式为最优方式。

等离子体点火用高压电源设计方法研究

根据等离子体点火对高压直流电源的要求,选用具有电容型滤波器的LCC串并联谐振变换器为主电路拓扑结构,针对电感电流连续模式下的谐振变换器,在对其工作原理分析的基础上,用基波近似法推导出变换器的稳态模型,建立了变换器的等效电路,并给出了便于工程设计的电路的数学描述。通过研究各参数对电路性能所造成的影响,设计最优化的参数以保证开关管在全负载范围内实现零电压开关,有效降低了开关管的热损耗。详细介绍了电源系统的组成和电路参数的设计方法,针对该设计方案,通过仿真结果证实了理论分析的正确性。

预燃式等离子体射流点火器工作特性实验研究

为解决发动机点火包线小于飞行包线的实际问题,提升射流能量及射流稳定性,设计了一种预燃式等离子体射流点火器,实验研究了放电特性和射流特性。结果表明,预燃式等离子体射流点火器与空气等离子体射流点火器相比,在提升射流能量降低电源功率方面有着较大的优势,电流相同时通入甲烷在较大流量时可减小驱动电源功率,总流量为44L/min时,减幅可达14.99%;同时预燃式等离子体射流较空气等离子体射流稳定,且射流长度增加,扩大了点火面积,有利于点火。

高背压等离子点火器及其液体燃料点火特性实验研究

航天应用的液体火箭发动机及燃烧型加热器燃烧室室压高、燃料流量大、温度低、有重复启动需求,实现安全可靠点火的难度较大。针对这些需求,研究了一种采用高背压设计的电弧等离子体点火器。实验研究了Ar,N_(2)气体工质在高进气压力下的伏安特性,发现N_(2)在宽压力范围内适用于点火。发射光谱分析表明,在高达数MPa的进气压力下,Ar,N_(2)等离子体射流电子密度符合局部热力学平衡判据(LTE判据),点火能量集中。N_(2)等离子体整体温度低于Ar,但阳极喷口附近温度高于Ar,N_(2)等离子体射流火焰长,卷吸沿程空气造成射流平均温度偏低,但有助于低温液体推进剂的蒸发混合和强化点火。等离子体射流引起了臭氧和氮氧化物的形成,具有促进点火和化学反应的作用。背压提高引起电源输出电压升高,提高供气压力和电流,有助于点火器在高背压环境中稳定电压。燃烧型空气加热器燃烧室的点火实验发现,采用N_(2)等离子体喷注面中心点火,可以在短时间内完成酒精-空气和酒精-液氧-空气的点火,最高燃烧室室压接近5MPa时,点火器仍能稳定工作,多次使用电极烧蚀不明显,在液体火箭发动机的重复可靠点火方面具有很好的应用前景。

防止等离子燃烧器结焦和烧损的技术改进

等离子点火器作为一种新型点火设备,其节油效果非常可观,正越来越多地应用于大型电站锅炉。等离子点火器在运行中,燃烧器结焦和烧损现象较为普遍,分析了结焦和烧损原因,提出了改进措施,这些措施实施后,提高了等离子点火器运行的经济性和安全性,取得了明显的效益。