Effects of controlled non-equilibrium excitation on H2/O2/He ignition using a hybrid repetitive nanosecond and DC discharge

纳秒 点火系统 激发态 等离子体 激发 动能 燃烧 原子物理学 化学 材料科学 热力学 激光器 物理 物理化学 光学 量子力学
作者
Xingqian Mao,Qi Chen,Aric C. Rousso,Timothy Y. Chen,Yiguang Ju
出处
期刊:Combustion and Flame [Elsevier BV]
卷期号:206: 522-535 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.combustflame.2019.05.027
摘要

The present work reports on the effects of controlled non-equilibrium excitation of reactant molecules on low temperature H2/O2/He ignition by numerically modeling a hybrid repetitive nanosecond (NSD) and DC discharge at atmospheric pressure. At first, a detailed plasma-combustion kinetic model of H2/O2/He, including non-equilibrium excitation, is developed and validated by experimental data of a repetitively-pulsed nanosecond discharge. Then, the effects of ignition enhancement by NSD and a hybrid NSD/DC discharge, with controlled electron energy distribution for selective non-equilibrium excitation of vibrationally excited H2(v) and O2(v) as well as electronically excited O2(a1Δg) and O(1D), are compared. The results show that H2(v1) contributes significantly to the H production and OH consumption in the hybrid plasma discharge. Moreover, O2(a1Δg) and O2(v1−4) also contribute to the production O and OH. Uncertainty analysis of H2(v) and O2(a1Δg) elementary reactions on ignition delay time is conducted by using several different kinetic models. The comparison of ignition delay time using different plasma kinetic models indicates the selection of accurate rate constants involving excited species is important for plasma assisted ignition modeling. The results of hybrid discharge assisted H2/O2 ignition show that the optimized ignition enhancement is achieved when both excited species and radicals are produced efficiently at an appropriate DC electric field strength. The present modeling provides useful insight into the plasma-combustion model development and the development of controlled plasma discharge to achieve efficient ignition with optimized non-equilibrium excitation of reactants.
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