标准有限元方法模拟大气压流注等离子体中数值振荡与伪扩散问题研究与改进

基于商用软件的等离子体数值模拟方案大多是基于标准Galerkin格式的有限元方法,在计算大气压流注放电时,存在数值振荡和伪扩散的问题,计算结果可靠性不高.针对针-板体流注放电结构,构建了修正的COMSOL Multiphysics等离子体模型.修正模型与COMSOL Multiphysics内置等离子体模块的区别主要在于增加了基于弱形式的人工稳定项.利用修正模型复现了经典的雪崩-流注转捩算例,并与经典纳秒秒冲过电压针板放电实验结果进行了对比验证.结果表明,引入修正后的商用软件模型能够克服数值振荡和伪扩散缺陷,确保等离子体数值计算的准确性和可复现性.      

氨滑动弧等离子体激励的数值建模

在双碳背景下，氨的使用及其燃烧难题的解决受到国内外学者的重视。针对改善氨燃烧问题，研究了二维流体动力学-零维反应动力学-燃烧动力学思路，分析了滑动弧等离子体条件下氨的裂解和燃烧特性。利用COMSOL计算软件建立了考虑电磁的二维流体计算模型，研究了滑动弧在反应器中的演化；建立了适用于氨的零维滑动弧模型，研究了滑动弧中全电离-转捩-非平衡3个阶段的温度和组分演化规律；利用CHEMKIN计算软件建立了燃烧模型，评估了等离子体对NH₃/air混合气燃烧特性的影响，此外对在混合气中添加CH₄进行了分析。结果表明，等离子体能够促进氨的裂解，降低氨的点火延迟时间，并且提高其层流燃烧速度，但是在混合气中将部分等离子体条件下的NH₃替换为CH₄后，整体燃烧效果有所下降。     

单头部模型燃烧室滑动弧等离子体点火数值仿真研究

针对航空发动机燃烧室内滑动弧等离子体点火的特性,采用数值模拟的方法对航空发动机单头部模型燃烧室进行滑动弧等离子体点火研究,将滑动弧等离子体简化为动态热源,并将滑动弧等离子体点火与电火花点火对比,归纳2种点火方式下燃烧室点火过程中温度分布与火焰演化的规律,总结滑动弧等离子体点火的特性。计算结果表明,电火花点火和滑动弧等离子体点火2种点火方式所能达到的平均温度峰值基本相同。在滑动弧等离子体点火过程中,放电功率为200 W、空气流量为25 m3/h条件下,余气系数为1时,着火延迟时间为224.6 ms;余气系数为2时,着火延迟时间为324.9 ms;余气系数为4时,着火延迟时间为878.7 ms。另外,在放电功率为200 W、余气系数为1的条件下,当空气流量为15 m3/h时,着火延迟时间为194.8 ms;空气流量为35 m3/h时,着火延迟时间为298.9 ms。结果表明着火延迟时间随着余气系数、空气流量的增大而增长。     

基于深度学习的火花放电等离子体反应器电压波形优化设计

等离子体点火助燃在近些年来受到了国际众多学者的广泛关注,传统的火花放电等离子体反应器基于重复性实验设计,但随着飞行高度升高,气压降低和燃烧室流速增大,单纯的热效应无法适应逐渐恶劣的燃烧室环境,限制了燃烧室的安全工作边界。为了维持火花放电,更合理更高效地控制等离子体放电反应,产生所需的活性物质和能量,为此对电源电压进行优化设计。利用二维模型、零维模型以及深度学习模型计算分析了放电频率和电子密度增长方式对火花放电的影响,通过神经网络模型计算得到电压幅值的增长率与初始电子密度的增长率成负线性关系,电子密度增长方式中先慢后快和分段增长更省能,而电子密度分段式增长所对应的电压放电所产生的O原子和O(1D)粒子数更多,更有利于助燃。综合考虑能耗和助燃组分粒子数,分段式增长的电子密度所对应的电压波形是火花放电点火助燃最佳的选择。      

等离子体激励气动力学探索与展望

等离子体激励气动力学是研究等离子体激励与流动相互作用下, 绕流物体受力和流动特性以及管道内部流动规律的科学, 属于空气动力学、气体动力学与等离子体动力学交叉前沿领域. 等离子体激励是等离子体在电磁场力作用下运动或气体放电产生的压力、温度、物性变化, 对气流施加的一种可控扰动. 局域、非定常等离子体激励作用下, 气流运动状态会发生显著变化, 进而实现气动性能的提升. 国际上对介质阻挡放电等离子体激励、等离子体合成射流激励及其调控附面层、分离流动、含激波流动等开展了大量研究. 等离子体激励调控气流呈现显著的频率耦合效应, 等离子体冲击流动控制是提升调控效果的重要途径. 发展高效能等离子体激励方法, 通过等离子体激励与气流耦合, 激发和利用气流不稳定性, 揭示耦合机理、提升调控效果, 是等离子体激励气动力学未来的发展方向.