面向煤油裂解的纳秒脉冲快速电离波调控机理建模与实验研究

Ignition of kerosene-air is a key technical problem in rotary detonation engines, requiring innovative ideas to break through bottlenecks. Using non-equilibrium plasma to crack kerosene into small molecule hydrocarbons is expected to be an effective way to assist detonation. To enhance the effect of plasma cracking of kerosene, a representative scientific tool is needed for optimization of the plasma reaction process and evaluation of the cracking effect. The nanosecond pulse fast ionization wave is simple in structure, convenient in measurement, controllable in parameters and rich in reactions. It is a powerful scientific tool for studying the transport and kinetics of plasma, and can provide key scientific parameters for research of plasma-assisted cracking kerosene..To resolve the dynamics and kinetics of the fast ionization wave, this project constructs a simulation system of plasma discharge process based on the fluid method for conditions at strong electric field and high energy deposition conditions, in order to understand and control the mechanism of fast ionization wave. The fast ionization wave is then introduced into the kerosene cracking experiment, so that the scientific law of plasma cracking fuel and the specific discharge form can be decoupled, useful parameters can be obtained for the kerosene cracking in rotational detonation engine.

煤油-空气爆震起爆是旋转爆震发动机的关键技术难题之一，迫切需要创新思路。利用非平衡等离子体将大分子燃料裂解为小分子碳氢化合物有望成为辅助爆震起爆的有效方式。有效提升等离子体裂解煤油的效果，需要一种具有代表性的研究对象，便于控制等离子体放电过程参数，实现对等离子体反应过程的解析优化和对裂解效果的评估预测。纳秒脉冲快速电离波结构简洁、便于测量、参数可控、反应丰富，具有很高的研究价值，能够为等离子体裂解煤油技术研究提供重要支撑。.本项目针对快速电离波动力学与反应动力学过程，基于流体方法构建适用于强电场、高能量沉积条件的等离子体放电过程模拟体系，揭示快速电离波调控机理。并将快速电离波引入煤油裂解实验，实现等离子体裂解燃料的科学规律与具体放电形式的解耦，为面向旋转爆震起爆的煤油裂解工程提供所需要的科学参数。

本项目以纳秒脉冲快速电离波等离子体为研究对象，旨在面向等离子体煤油裂解过程开展共性参数研究，建立快速电离波模拟体系，揭示电离波调控机理和大分子等离子体裂解规律。取得的成果有：.（1）构建了快速电离波等离子体反应动力学模型，获得了快速电离波在传播和后辉光阶段的关键化学反应机理；.（2）建立了二维流体仿真程序，计算分析了约化电场和比能量沉积对反应动力学的影响；.（3）搭建了快速电离波裂解煤油实验诊断平台，获得了等离子体裂解大分子煤油的基础数据。.本项目针对快速电离波输运动力学与反应动力学过程，基于流体方法构建适用于强电场、高能量沉积条件的等离子体放电过程模拟体系，并揭示了快速电离波调控机理。通过将快速电离波引入煤油裂解实验，将等离子体裂解燃料的科学规律与具体放电形式，为面向旋转爆震起爆的煤油裂解工程提供了必要的基础科学参数与参考。