等离子体助燃微观动力学机制研究

In this project, the dynamic action mechanism of flame-plasma will be investigated with the micro reaction kinetics theory. Experimental measurement, theoretical modeling will be both used to carry out this project. Firstly, the plasma flame fluorescence spectrum and the potential energy surface information of the typical primitive reaction will be simulated and predicted. Combined with the results of the optical detection of PLIF and emission spectra, the promotion or elimination effects of independent active group to typical primitive reaction will be determined. Secondly, based on the combination of the micro particle collision theory and Boltzmann analysis , the electron energy distribution function of plasma flame and the enhancement rule will be obtained. Finally, microscopic dynamics enhanced mechanism of the plasma-flame coupling, group growth and annihilation rule, optical photon properties will be revealed. This project aims to form the initial experimental system and kinetic enhancement effect theory of plasma-flame coupling interaction.

本项目采用实验研究与理论分析相结合的方法，基于微观反应动力学理论研究火焰与等离子体相互作用的动力学机制。首先，模拟预测等离子体助燃前后典型基元反应详细的势能面信息及其等离子体火焰荧光光谱，结合PLIF及发射光谱的光学检测结果，确定独立的活性基团对典型基元反应的促进或消弭作用；其次，基于微观粒子碰撞理论与Boltzmann分析法的结合，获得等离子体火焰中电子能量分布函数及对等离子体火焰的强化规律；最后，结合等离子体助燃火焰光学测量结果，揭示等离子体-火焰耦合作用的微观动力学增强机制、基团生长湮灭规律及光量子特性。本项目拟形成初步的等离子体-火焰耦合作用的实验体系及动力学增强效应理论框架。

本项目采用实验研究与模拟预测相结合的方法，研究等离子体/火焰、等离子体/氧化裂解混合物相互作用机理。首先，发展了中红外激光（QCL IR）原位测量、发射光谱（OES）及色谱（GC）联偶测量技术，探测等离子体辅助点火及燃料转化过程中中间组分、基团及反应产物浓度，验证HP Mech用于非平衡等离子体辅助高温点火燃烧、低温氧化裂解的合理性；其次，发展了等离子体化学零维计算平台，建立耦合Boltzmann方程、组分浓度方程以及能量传递方程的等离子体助燃以及辅助燃料转化动力学模型，获得不同放电方式激励下反应物分子激发松弛以及参与化学反应的动力学行为、基团及其主要生成物随时间变化规律、放电及化学反应温度变化规律、非Maxwellian形式下电子的输运参数和反应速率；再次，模拟结果与浓度测量结果相互验证，通过典型激发态、基团、生成物敏感性分析及生成消耗路径揭示等离子体激励作用下的电子行为、速率限制反应、竞争反应，为非平衡等离子体助燃提供必要的数据依据。