等离子体助燃方式作为一种被广泛应用的新型助燃方式,在航天、能源、环保等领域占有重要的地位。等离子体与燃烧体系的耦合,对燃烧的热力、动力以及流体方面产生影响,造成了分析等离子体助燃机理的困难,故需结合等离子体物理、等离子体动力学、燃烧动力学、流体动力学,分析等离子体助燃机制以及对燃烧的强化效应。本文采用数值模拟与实验测量相结合的方法,确定等离子体助燃甲烷主要的反应机理,研究助燃火焰的发射光谱,分析等离子体助燃甲烷燃烧的强化机制。量子化学是描述化学微观反应的学科,本文以量子化学为理论基础,基于已初步探明的等离子体助燃甲烷燃烧的主要反应,利用量子化学计算软件Gaussian分析助燃主要反应路径CH4→CH3→CH2O→HCO→CO→CO2,确定反应O2+H、CH4+OH/O/H,CH3+O和CH20+OH/O/H的反应步骤及反应活化能,绘制反应势能面,获得主要反应的反应机理,并完善等离子体助燃甲烷的主要反应途径。同时利用Gaussian软件分析在等离子体助燃环境下主要基团的热力学性质、结构特点、静电势分布及振动分布,得到主要基团的性质特征。利用光谱仪测量等离子体助燃甲烷燃烧的火焰,获得等离子体火焰不同部位的发射光谱,由于火焰不同部位包含的粒子不同,造成发射光谱的不同。改变输入功率,研究发射光谱的改变情况,结果表明发射光谱的相对强度随着输入功率的增加而增加。此外利用LIFBASE软件模拟N2+和OH的发射谱线,对比实验测量结果拟合获得N2+和OH随着输入功率变化的转动温度和振动温度。结合模拟与实验结果,分析等离子体助燃甲烷燃烧的强化机制。结果表明,等离子体的加入致使活性基团浓度增加、燃烧温度提高,增强基团活性并减少反应活化能达到强化燃烧的目的。