非平衡等离子体辅助点火与燃烧的多尺度建模策略与一般理论
等离子体物理
2017-10-11 v1 应用物理
计算物理
摘要
本文回顾了用于等离子体辅助点火与燃烧的自洽一维理论框架。在该框架中，应用冻结电场建模方法，利用电特性的准周期行为，避免对每个脉冲重新计算电场。采用相关动态自适应化学方法加速大型且刚性化学机理的计算。在模拟过程中，通过三阶段多时间尺度建模策略动态更新时间步长，该策略利用了纳秒脉冲等离子体放电中时间尺度的巨大分离。随后，提出了等离子体辅助点火与燃烧的一般理论。用于点火与燃烧的纳秒脉冲等离子体放电可分为四个阶段。阶段 I 为放电脉冲，时间尺度为 O(1 至 10 ns)。在此阶段，大部分输入能量耦合至电子碰撞激发与解离反应中，以生成带电或激发态物质及自由基。阶段 II 为相邻两脉冲间隙期间的余辉，时间尺度为 O(100 ns)。在此阶段，激发态物质的猝灭不仅进一步解离 O2 和燃料分子，还提供快速气体加热。阶段 III 为脉冲间的剩余间隙，时间尺度为 O(1 至 100 microsec)。阶段 I 和 II 中生成的自由基显著增强了此阶段的放热反应。阶段 IV 为多脉冲的累积效应，时间尺度为 O(1 ms 至 1 sec)，包括预热的气体温度以及大量用于触发点火的自由基和燃料碎片池。对于等离子体辅助火焰，等离子体显著增强了预热区内的自由基生成与气体加热，这可能触发上游自点火。
引用
@article{arxiv.1706.05329,
title = {Multiscale modeling strategy and general theory of non-equilibrium plasma assisted ignition and combustion},
author = {Suo Yang and Wenting Sun and Vigor Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.05329},
year = {2017}
}
备注
53 pages, 10 figures, 4 tables