[发明专利]一种原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器

说明书

本发明公开了一种原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器，包括依次连接的反应器前端、反应器主体和反应器末端；反应器前端用于进气和整流，包括连接在一起的进气端盖和整流段；反应器主体用于发生等离子体辅助燃料热解/氧化的反应以及通过可调谐二极管吸收光谱技术对组分浓度、温度进行原位的瞬态测量，包括与整流段连接在一起的真空腔，真空腔内部设置有反应池；反应器末端用于实现真空环境、排气以及可视化。本发明用于对反应过程中组分浓度、温度进行瞬态测量，建立并完善组分浓度、温度等关键信息数据库，支撑等离子体辅助燃料热解/氧化的动力学模型研究。

技术领域

本发明属于新型燃烧调控技术领域，具体涉及一种原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器。

背景技术

化石燃料的燃烧带来了大气污染、温室效应等一系列环境问题，有效提升燃料的利用率、提高燃烧设备的效率、降低污染物排放对于能源可持续利用以及能源安全的保证至关重要，是实现“双碳”目标的必由之路。

为此国内外研究者不断提出新型的燃烧调控技术，如改变点火方式、设计燃烧室流场形态、控制燃料浓度分布等。在众多的点火助燃技术中，基于等离子体的点火助燃技术近年来脱颖而出。等离子体作为不同于气体、液体、固体的物质第四态，包含电子、正负离子、活性自由基、激发态组分等，是一种正负电荷数相等，对内表现为良导体，对外呈现电中性的电离态物质。等离子体通过热效应、动力学效应以及输运效应对燃烧起到促进作用，在改变点火及燃烧化学反应路径、改善火焰稳定性、拓宽着火极限、缩短着火延迟时间以及减少污染物排放等方面具有较大的应用潜力。其中，低温(非平衡态)等离子体因为化学活性更强、功率更低、效率更高、电极使用寿命较长而受到广泛关注。明晰低温等离子体点火助燃的动力学机理对于燃烧调控是不可或缺的。然而，由于低温等离子体反应动力学和燃烧化学反应动力学复杂的相互作用，目前国内外学者研究构建的动力学模型存在较大的不确定性，模型预测结果与实验数据存在较大的偏差。仍需要进行大量的科学实验，建立并完善等离子体辅助燃料热解/氧化的组分及浓度数据库，为等离子体反应动力学机理的建立及优化提供依据。

学者们的研究工作普遍基于同轴圆柱形的介质阻挡放电等离子体生成装置进行，但是由于重力作用，装置中心细长的电极往往会向下弯曲，与外圈电极的同轴度得不到保证，放电间隙的变化导致不能产生均匀的等离子体，燃料热解/氧化产生的组分数据误差也较大。此外，对于等离子体辅助燃料热解/氧化组分的测量，研究人员普遍使用石英玻璃管或其他集气装置采样，然后将气体通入气相色谱仪、氮氧化物分析仪、傅里叶红外光谱仪等检测装置进行分析的方法。这些方法都非原位测量，测量系统十分昂贵且结构复杂，检测分析时间也较长，无法在燃料受等离子体作用时同步测量组分的瞬态浓度变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器，对反应过程中组分浓度、温度进行瞬态测量，建立并完善组分浓度、温度等关键信息数据库，支撑等离子体辅助燃料热解/氧化的动力学模型研究。

为达到实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器，包括依次连接的反应器前端、反应器主体和反应器末端；

反应器前端用于进气和整流，包括连接在一起的进气端盖和整流段，在进气端盖前后对称开设有两个反应气进气孔，用于向反应器通入反应气体，在整流段内部安装有蜂窝陶瓷，用于反应器的整流，在整流段上下对称开设有两个氛围气进气孔，用于氛围气体的通入；

反应器主体用于发生等离子体辅助燃料热解/氧化的反应以及通过可调谐二极管吸收光谱技术对组分浓度、温度进行原位的瞬态测量，包括与整流段连接在一起的真空腔，真空腔上方开孔，安装有聚四氟电极基座，用于电极导线的固定和连接；真空腔前后面对称开孔，用于安装氟化钙窗口，为激光诊断提供光学通路；真空腔内部设置有反应池；

反应器末端用于实现真空环境、排气以及可视化。