甲烷针-板放电等离子体能与重油加氢耦合形成甲烷转化重油加氢,可实现重油高效加氢并增产高附加值低碳烯烃,有实践应用前景和科学研究意义。近年来有越来越多的团队和科研单位对甲烷放电等离子体进行了实验和数值模拟的研究。本文建立二维流体模型,对大气压甲烷针-板放电等离子体进行数值模拟,得到电场强度、电子温度和粒子密度的空间与轴向分布,总结反应产额并提炼生成各种带电和中性粒子的关键路径。模拟结果表明,大气压甲烷针-板放电具有与大气压辉光放电类似的放电通道结构,CH₃⁺和CH₄⁺密度与电场强度和电子温度的轴向演化接近且密切相关。此外,在甲烷针-板放电等离子体中电子和C₂H₄⁺的消耗主要是通过电子-离子解离复合反应,而CH₄⁺和C₂H₂⁺重要的消耗路径是电荷转移反应。下面是论文的主要内容:1.阐述了等离子体技术和甲烷放电等离子体基本概念、研究背景及意义,并总结了甲烷放电等离子体的研究现状。2.介绍了基于连续性方程、麦克斯韦方程及一系列守恒方程的流体模型,并给出了该模型的物理假设。详细的分析了COMSOL模拟软件的求解过程,同时给出较为的甲烷放电参数。3.在不同放电电压下,对甲烷针-板放电等离子体进行的数值计算,得到了电子密度、电子温度和电场强度等物理特性,同时分析了不同放电电压对甲烷等离子体的影响。4.分析了甲烷针-板放电等离子体的反应体系,得出了其详细的反应路线图。计算比较各个反应的反应产额,并分析得到了甲烷等离子体中的重要反应过程。