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等离子体助燃是近年发展起来的强化燃烧的手段,其可以加快化学反应速率、增加活性基团的种类和数量、减小点火延迟时间、增大燃烧的可燃极限和吹熄极限等从而使其在航空发动机领域有较好的发展前景。等离子体火焰的检测手段目前主要有探针法、质谱法和光谱法,但是,这三种方法均无法获得等离子体火焰的二维分布图像。上个世纪80年代出现了一种新的过程层析成像技术——电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT),其原理是基于被测物质相对介电系数不同进而获得其二维物质分布图像。本文利用ECT技术对甲烷-空气等离子体火焰进行成像测量,并结合实验和模拟的方法对等离子体火焰的介电系数进行研究。等离子体火焰中的极化方式主要有极性分子的偶极转向极化、束缚电子的位移极化、热转向极化和自由电子位移极化。本文对等离子体火焰的极化方式进行分析,忽略对相对介电系数贡献较小的极化方式,例如极性分子的偶极转向极化、分子和原子的束缚电子位移极化等。最终确定等离子体火焰中对相对介电系数贡献最大极化方式为自由电子的位移极化,并借此获得了相对介电系数的表达式。等离子体火焰相对介电系数表达式中的未知参数主要是火焰中自由电子的电子密度和电子温度,郎缪尔探针是检测这两个参数最常用的手段之一,即利用等离子体火焰的伏安特性曲线来获得电子密度和电子温度的值。将两者代入到相对介电系数公式中即可获得相对介电系数的探针实验值。利用ECT对等离子体火焰进行测量就可获得其二维图像,图像中不同像素点的灰度值不同,需要对不同灰度值代表的相对介电系数的大小进行标定。本文利用MAXWELL软件进行模拟分析,模拟时所采用的几何模型与实验时一致,实验时空标定与满标定物质的相对介电系数同样成为模拟时的最小与最大相对介电系数,并利用相对介电系数介于两者之间工质进行模拟计算,借此获得相对介电系数与灰度值的对应关系。利用此关系对ECT图像进行标定,获得等离子体火焰相对介电系数ECT实验值。对等离子体火焰相对介电系数的探针实验值与ECT实验值进行分析,获得了相对介电系数的探针实验值与ECT实验值的误差来源。同时,利用相对介电系数公式对火焰温度场进行了标定。