一种原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。助燃料热解/氧化的动力学模型研究。助燃料热解/氧化的动力学模型研究。

【技术实现步骤摘要】
一种原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器


[0001]本专利技术属于新型燃烧调控
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为达到实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]反应器末端用于实现真空环境、排气以及可视化。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，进气端盖和整流段通过开设的螺纹孔加装螺栓进行连接，并通过氟橡胶圈进行密封，进而在前端形成一个“回”字形密闭区域。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，在真空腔末端开设压力探测孔，用于压力表的安装，实现真空腔内部压力的实时监测。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，氟化钙窗口的外侧设置有法兰端盖，法兰端盖通过开设的螺纹孔加装螺栓与真空腔连接，并使用氟橡胶圈实现与氟化钙窗口的密封。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，反应池包括由上下两个石英玻璃片和前后两个陶瓷夹板构成的矩形截面通道，在前后两个陶瓷夹板上分别开设有两个氟化钙安装孔，加装氟化钙玻璃，为激光诊断提供光学通路；不锈钢电极板安装在反应池上下两侧的陶瓷支撑座上，石英玻璃片与不锈钢电极板之间加装硅胶片，上下两块陶瓷支撑座通过陶瓷螺栓连接在一起；反应池通过石英玻璃片和陶瓷夹板构成的矩形截面通道插入整流段实现定位。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，整个反应池放置在不锈钢支撑板上，不锈钢支撑板与真空腔连接在一起。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，反应器末端包括与真空腔连接在一起的排气段，排气段中部开设排气孔，用于连接真空泵，实现反应器内部的负压环境。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，排气段末端通过视窗端盖加装有石英玻璃视窗，用于对介质阻挡放电特性进行可视化分析。
[0018]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0019]1、本专利技术主体为完全密封的不锈钢材质，可缠绕加热带控制反应温度，用于等离子体辅助气体或液体燃料热解/氧化的研究。
[0020]2、本专利技术对整流段结构进行独特设计，产生更加稳定、均匀的反应气。
[0021]3、本专利技术通过对反应池结构进行独特设计，实现了矩形平板间介质阻挡放电模式，产生十分均匀的低温等离子体。
[0022]4、本专利技术在不锈钢电极板与石英玻璃片中间加装薄硅胶片，有效防止电极板边缘电弧的形成，产生更加均匀的低温等离子体。
[0023]5、本专利技术在反应器末端设计石英玻璃视窗，可以对放电特性进行可视化分析。
[0024]6、本专利技术在反应器末端开设排气孔，可连接真空泵，实现反应器内部的负压环境，从而可以产生更加均匀的等离子体，同时降低吸收谱线的展宽，便于数据的后处理。
[0025]7、本专利技术通过在等离子体作用区域设计光学通路，实现可调谐二极管吸收光谱技术对目标产物的瞬态测量。
[0026]8、本专利技术在每块陶瓷夹板上安装两块氟化钙玻璃，可布置两路激光，实现两种组分的同时测量。
[0027]9、本专利技术采用可调谐二极管吸收光谱技术，具有系统简单，装置成本低，抗干扰能力强，可原位非接触式测量，测量物种种类多，选择性强，精度高的优势。
[0028]综上所述，本专利技术设计了一种基于原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器。使用矩形平板介质阻挡放电等离子体生成装置，可以保证放电间隙的一致性，产生均匀的等离子体，保证燃料热解/氧化组分数据测量较好的重复性。并在等离子体作用区域设计有光学通路，使用可调谐二极管吸收光谱技术对多种目标产物原位进行瞬态测量。可调谐二极管吸收光谱测量技术作为一种激光诊断方法，具有测量系统简单，易于小型化，抗干扰能力强等优势，已经在高温燃烧炉和发动机等燃烧设备的温度、组分浓度和速度测量领域发挥了重要作用。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位激光诊断的等离子体辅助燃料热解/氧化反应器，其特征在于，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(1)和整流段(15)，在进气端盖(1)前后对称开设有两个反应气进气孔(16)，用于向反应器通入反应气体，在整流段(15)内部安装有蜂窝陶瓷(17)，用于反应器的整流，在整流段(15)上下对称开设有两个氛围气进气孔(4)，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(15)连接在一起的真空腔(5)，真空腔(5)上方开孔，安装有聚四氟电极基座(9)，用于电极导线的固定和连接；真空腔(5)前后面对称开孔，用于安装氟化钙窗口(20)，为激光诊断提供光学通路；真空腔(5)内部设置有反应池(6)；反应器末端用于实现真空环境、排气以及可视化。2.根据权利要求1所述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，其特征在于，进气端盖(1)和整流段(15)通过开设的螺纹孔加装螺栓进行连接，并通过氟橡胶圈进行密封，进而在前端形成一个“回”字形密闭区域。3.根据权利要求1所述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，其特征在于，在真空腔(5)末端开设压力探测孔(10)，用于压力表的安装，实现真空腔(5)内部压力的实时监测。4.根据权利要求1所述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，其特征在于，氟化钙窗口(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡二江，刘博文，郭晓阳，殷阁媛，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：