- 頭條科研簡報：離子風技術在助燃領域中的應用2022-01-16 作者：張明 李丁晨 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語離子風是氣體放電產生的高能電子推動中性粒子運動，從而在宏觀上表現為流體的一種現象。由于離子風具有低噪聲、低功耗、響應速度快和無機械運動部件等優點，在過去的數十年中，離子風的研究和應用取得了很大發展。離子風的流動特點、攜帶帶電粒子等屬性，決定了其在不同領域的廣泛應用，主要有食品干燥、溫度控制、推進、助燃和空氣凈化等。離子風所具有的獨特優點使其應用前景光明，雖然離子風在很多領域還在實驗階段，并且一些關鍵問題還有待解決，但未來離子風的應用將會更加成熟。
燃料不充分燃燒，不僅會造成資源浪費，還會產生有害物質，造成環境污染。等離子體助燃是一種新型助燃技術。在氣體放電過程中會電離出大量的活性自由基、激發態組分等高活性的粒子，這些活性粒子能夠大大促進燃料的燃燒。伴隨放電產生的離子風可作為一種輔助手段，將這些活性粒子送往燃燒區，加速化學反應。
近年來已經有學者將離子風用于助燃領域。離子風將氣體放電生成的活性粒子推向火焰的預熱區，加速了化學反應，增加火焰的穩定性。B. N. Ganguly等在火焰附近施加直流電場，預熱火焰區域的活性自由基密度高達10 11/cm3，使燃燒得以強化。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，離子風在低壓段的作用明顯，它可以增強燃料與空氣的混合，以促進燃燒。
圖1所示為J. Kuhl等采用環形電極放電影響層流預混火焰，研究結果表明，離子風可將活性粒子和新鮮空氣送入燃燒區，并將火焰推至燃燒器，提高了廢氣溫度，擴大了最高溫度的區域范圍，從而促進燃燒，減少了有害氣體的排放。
圖1 直流電場對預混火焰影響示意圖
雖然理論上離子風在等離子體助燃領域的確可以起到較好的輔助作用，但相關技術還不夠成熟，在實際應用中還需要解決以下兩個問題：①離子風助燃作用主要是向燃燒區輸送氧氣和帶電粒子，因此將氣體放電產生的高濃度活性粒子定向送至燃燒區非常關鍵。②如何確定最優的電極方案和運行條件，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，在燃燒器附近設置交流電場，擴大燃燒區的面積，這樣可以擴大離子風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。
以上研究成果發表在2021年第13期《電工技術學報》，論文標題為“離子風的應用研究進展”，作者為張明、李丁晨 等。
