非平衡等离子体助燃CH4/空气混合气研究：提高燃烧效率，降低污染

"该文研究了非平衡等离子体对CH4/空气混合物燃烧的影响，采用数值模拟方法，分析了不同电离度下等离子体中的活性粒子（O, H）和活性基（OH）如何改变燃烧特性，发现等离子体能促进燃烧，提高燃烧温度，减少污染物排放，并优化燃烧室出口的温度场和速度场分布。" 非平衡等离子体是一种在热力学状态下电子温度远高于离子和气体温度的特殊物质形态，通常称为冷等离子体。这种状态下的等离子体具有独特的化学活性，由于电子的能量高，能够激发、离解和电离反应物分子，同时由于整体体系温度较低，可以降低能耗，有利于实现高效且环保的化学反应。 在燃烧领域，非平衡等离子体助燃技术因其能提高点火性能、增加火焰传播速度、提高燃烧效率和减少污染物排放等优点，逐渐受到关注。例如，Inomata等人在1983年的研究中揭示了等离子体在燃烧中的积极作用。之后，Klimov等人在2003年的实验中使用等离子体发生器对C3H8燃料进行内部助燃，证明了等离子体可增强燃烧稳定性。 本文聚焦于CH4/空气混合物，通过数值研究分析了三种电离度条件下的燃烧过程。计算结果显示，等离子体可以为燃烧提供初始自由基，加速链式反应，这直接导致燃烧温度的提升和污染物排放的降低。此外，等离子体助燃技术还有助于改善燃烧室出口的流动场分布，包括温度场和速度场的均匀性，这对于燃烧设备的设计和优化至关重要。 等离子体中的活性粒子如O和H以及活性基OH在燃烧过程中扮演着关键角色。它们能促进燃料分子的活化，增强化学反应速率，使得燃烧更充分，同时减少不完全燃烧产物，如一氧化碳（CO）和颗粒物（PM），从而达到降低环境污染的目的。 总结来说，非平衡等离子体助燃技术通过提供高能活性粒子，有效改变了CH4/空气混合物的燃烧特性，提高了燃烧效率，减少了污染物排放，并优化了燃烧设备的性能。这一技术对于未来清洁能源的发展和环境保护具有重大意义，特别是在航空、能源和工业燃烧系统等领域有着广阔的应用前景。