等离子体助燃是一种应用前景非常好的新型燃烧方式,未来在能源、交通、环保等领域必将得到广泛应用。减少点火延迟时间,提高火焰稳定性,增加火焰传播速率,低温燃烧,扩展点火、熄火极限等都是等离子体助燃研究的重要课题,研究人员做了大量相关工作,取得了丰硕的成果,然而鉴于等离子体与火焰相互作用的复杂性,对于其详细反应动力学仍不甚了解,尤其对等离子体点火前混合气的离解和氧化过程研究甚少,这一过程是点火前能量和活性粒子的积累时期,对点火过程甚为重要,本文主要针对这一过程进行研究。本文采用模拟并辅以实验的方法分别对纳秒脉冲放电(NSD)和射频放电(RF)产生非平衡态等离子体激励混合气CH4/O2/He离解和氧化的动力学过程进行研究,主要内容如下:(1)搜集混合气CH4/O2/He放电反应机理和电子碰撞截面,用于求解电子能量分布函数(EEDF),并进一步计算碰撞反应速率;搜集并拟合组分热力学数据,用于求解反应过程中能量和温度的变化;使用并完善化学动力学机理HP-Mech。(2)建立纳秒脉冲放电等离子体动力学模型。这里用到等离子体动力学程序包ZDPlaskin和化学反应动力学程序包Chemkin-Ⅱ,得到连续脉冲过程中温度、组分浓度、基元反应速率随时间的变化情况,绘制反应路径图并进行分析;同时研究了气体压力、混合气温度、约化电场等因素对氧化产物和活性粒子的影响。(3)建立射频放电等离子体动力学模型,搭建射频放电实验平台。模拟了 30 w放电功率下组分浓度、基元反应速率随时间的变化情况,绘制反应路径图并进行分析;运用色谱仪(GC)测量了 30-100 w放电功率下的重要组分浓度,并与模拟结果进行对比,验证模型的准确性。(4)对两种放电方式及其特点进行了比较分析;对两种放电方式下的反应路径进行了比较,得出结论:纳秒脉冲放电更侧重对甲烷的氧化过程且反应路径较少,而射频放电中更容易生成C2组分,且反应路径较多。