稀释气对离子电流影响的试验研究与机理分析

摘要

针对稀释气体影响离子电流前锋区特征峰的研究比较缺乏,以甲烷/空气/稀释气体为对象,通过在定容燃烧弹内布置离子电流测量电极,获得了稀释气种类N2/CO2/Ar和0％、5％、10％、15％几种不同稀释比条件下离子电流的特征峰值,结合CHEMKIN化学反应动力学数值模拟结果,分析了主导离子电流前锋区信号生成的带电组分的数密度、敏感性系数及其生成路径.试验结果表明:相同的稀释比下,CO2稀释对离子电流信号的抑制作用最大;在不同的稀释气体种类下,离子电流前锋区峰值均在过量空气系数λ为0.95时达到最大.数值计算结果表明,对离子电流前锋区信号贡献最大的组分是H3O+和电子e,链分支反应R38、链终止反应R52和离子化初始反应R326对这两种组分浓度的影响较大.在过量空气系数λ为0.95时,O和CH数密度都较大且反应区温度最高,导致化学离子化程度最大,离子电流值前锋区峰值也达到最大值.该结论为研究稀释气体对燃料燃烧的离子电流信号影响和火焰锋面电学特性提供了一定的机理支撑.