用于燃烧的正极性空气-甲烷流注三维粒子模拟
等离子体物理
2022-04-11 v2
摘要
流注放电可作为等离子体辅助燃烧中活性粒子的主要来源。本研究采用三维电子粒子网格模型，在1 bar和300 K条件下，对化学计量空气-甲烷混合物中的正极性流注进行了研究。我们首先讨论了合适的电子散射截面以及将光电离机制扩展到空气-甲烷混合物中的问题。我们讨论指出，添加9.5%的甲烷基本上不改变电子输运和反应系数，但会大幅抑制光电离并缩短光子平均自由程。这导致：（1）加速的流注分支，（2）流注头部更高的电场增强，（3）更低的内部电场，以及（4）流注通道中更高的电子密度。我们还计算了在12.5和20 kV/cm背景电场下正极性流注演化过程中沉积的时间积分能量密度。我们发现，在长度为5 mm的流注电离内部，沉积能量密度的典型值在0.5-2.5 kJ/m范围内；该值与这里施加的电场关系不大。最后，我们发现通过非弹性电子散射过程沉积的能量主要产生活性氮物种：N三重态和N，但也产生O和H自由基。H和O单重态的产生也会发生，尽管不那么显著。我们对活性物种初级产生的计算，例如可用于全局化学模型。
引用
@article{arxiv.2203.00442,
title = {3D particle simulations of positive air-methane streamers for combustion},
author = {Dennis Bouwman and Jannis Teunissen and Ute Ebert},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.00442},
year = {2022}
}
备注
Accepted for publication by Plasma Sources Science and Technology on April 6 2022