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  • 頭條科研簡報：離子風(fēng)技術(shù)在助燃領(lǐng)域中的應(yīng)用
    2022-01-16 作者：張明 李丁晨 等  |  來源：《電工技術(shù)學(xué)報》  |  點(diǎn)擊率：
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    導(dǎo)語離子風(fēng)是氣體放電產(chǎn)生的高能電子推動中性粒子運(yùn)動，從而在宏觀上表現(xiàn)為流體的一種現(xiàn)象。由于離子風(fēng)具有低噪聲、低功耗、響應(yīng)速度快和無機(jī)械運(yùn)動部件等優(yōu)點(diǎn)，在過去的數(shù)十年中，離子風(fēng)的研究和應(yīng)用取得了很大發(fā)展。離子風(fēng)的流動特點(diǎn)、攜帶帶電粒子等屬性，決定了其在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，主要有食品干燥、溫度控制、推進(jìn)、助燃和空氣凈化等。離子風(fēng)所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使其應(yīng)用前景光明，雖然離子風(fēng)在很多領(lǐng)域還在實驗階段，并且一些關(guān)鍵問題還有待解決，但未來離子風(fēng)的應(yīng)用將會更加成熟。

    燃料不充分燃燒，不僅會造成資源浪費(fèi)，還會產(chǎn)生有害物質(zhì)，造成環(huán)境污染。等離子體助燃是一種新型助燃技術(shù)。在氣體放電過程中會電離出大量的活性自由基、激發(fā)態(tài)組分等高活性的粒子，這些活性粒子能夠大大促進(jìn)燃料的燃燒。伴隨放電產(chǎn)生的離子風(fēng)可作為一種輔助手段，將這些活性粒子送往燃燒區(qū)，加速化學(xué)反應(yīng)。

    近年來已經(jīng)有學(xué)者將離子風(fēng)用于助燃領(lǐng)域。離子風(fēng)將氣體放電生成的活性粒子推向火焰的預(yù)熱區(qū)，加速了化學(xué)反應(yīng)，增加火焰的穩(wěn)定性。B. N. Ganguly等在火焰附近施加直流電場，預(yù)熱火焰區(qū)域的活性自由基密度高達(dá)10 11/cm3，使燃燒得以強(qiáng)化。E. N. Volkov等]研究了電場對火焰熱聲行為的影響，火焰在電場作用下向燃燒器移動，燃燒器表面溫度升高，燃燒更加穩(wěn)定。Zhang Yang等的交流場對火焰的影響實驗研究顯示，電壓會對火焰造成一定程度的影響，離子風(fēng)在低壓段的作用明顯，它可以增強(qiáng)燃料與空氣的混合，以促進(jìn)燃燒。

    圖1所示為J. Kuhl等采用環(huán)形電極放電影響層流預(yù)混火焰，研究結(jié)果表明，離子風(fēng)可將活性粒子和新鮮空氣送入燃燒區(qū)，并將火焰推至燃燒器，提高了廢氣溫度，擴(kuò)大了最高溫度的區(qū)域范圍，從而促進(jìn)燃燒，減少了有害氣體的排放。

    科研簡報：離子風(fēng)技術(shù)在助燃領(lǐng)域中的應(yīng)用

    圖1 直流電場對預(yù)混火焰影響示意圖

    雖然理論上離子風(fēng)在等離子體助燃領(lǐng)域的確可以起到較好的輔助作用，但相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，在實際應(yīng)用中還需要解決以下兩個問題：①離子風(fēng)助燃作用主要是向燃燒區(qū)輸送氧氣和帶電粒子，因此將氣體放電產(chǎn)生的高濃度活性粒子定向送至燃燒區(qū)非常關(guān)鍵。②如何確定最優(yōu)的電極方案和運(yùn)行條件，使燃料與氧氣充分混合，提高燃燒效率。

    由于火焰本身屬于等離子體，因此火焰中存在大量的帶電粒子，在燃燒器附近設(shè)置交流電場，擴(kuò)大燃燒區(qū)的面積，這樣可以擴(kuò)大離子風(fēng)攜帶的氧氣和帶電粒子與火焰的接觸面積，以提高燃燒效率。

    以上研究成果發(fā)表在2021年第13期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“離子風(fēng)的應(yīng)用研究進(jìn)展”，作者為張明、李丁晨 等。