甲烷-氫氣預(yù)混火焰?zhèn)鞑ゼ盎鹧驿h面胞狀結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、天然氣是一種公認(rèn)的高品質(zhì)氣體燃料，目前已經(jīng)得到大范圍的推廣和應(yīng)用。但是由于其燃燒速度較低，在內(nèi)燃機(jī)中使用會(huì)使得燃燒持續(xù)期增大，熱效率降低，此外其稀燃能力差，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)變動(dòng)增大。氫氣是一種可再生的清潔能源，其燃燒速度為天然氣的5倍左右，且其點(diǎn)火能量低，燃燒界限寬。天然氣摻氫后內(nèi)燃機(jī)燃燒性能必將得到較大的提升。天然氣的主要成分為甲烷，為此針對(duì)甲烷/氫氣混合燃料的層流、湍流預(yù)混燃燒特性展開實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)進(jìn)一步加深甲烷/氫氣燃燒特性的研究，實(shí)

2、現(xiàn)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的意義。
　　搭建了預(yù)混定容燃燒彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由定容燃燒彈、紋影系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、湍流生成系統(tǒng)、高速攝像機(jī)系統(tǒng)和同步觸發(fā)系統(tǒng)七部分組成?；谒罱ǖ膶?shí)驗(yàn)系統(tǒng)開展了甲烷/氫氣層流預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)，研究了氫氣比例、當(dāng)量比對(duì)甲烷/氫氣/空氣火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸?guī)律，分析了火焰拉伸作用對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊憴C(jī)制，發(fā)現(xiàn)了層流燃燒速度的增長(zhǎng)幅度隨著氫氣比例的增大而增大的現(xiàn)象;基于GRI3.0機(jī)理采

3、用Chemkin進(jìn)行了仿真計(jì)算，分析了當(dāng)量比和氫氣比例對(duì)火焰結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，明確了影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程的核心基元反應(yīng)，揭示了H和OH對(duì)層流燃燒速度的影響機(jī)制。
　　基于Matlab實(shí)現(xiàn)了對(duì)火焰鋒面胞狀結(jié)構(gòu)的高精度提取，并定義了胞狀結(jié)構(gòu)平均面積和均一度兩個(gè)參數(shù)對(duì)甲烷/氫氣/空氣層流預(yù)混火焰鋒面胞狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究了氫氣比例和當(dāng)量比對(duì)火焰鋒面胞狀結(jié)構(gòu)演變特性的影響規(guī)律，明確了火焰鋒面胞狀結(jié)構(gòu)發(fā)展到一定程度后，火焰鋒面胞狀結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，

4、平均面積和均一度均趨于定值;分析了火焰固有不穩(wěn)定性對(duì)火焰鋒面胞狀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，明確了隨著火焰固有不穩(wěn)定性的增強(qiáng)火焰鋒面胞狀結(jié)構(gòu)加劇，揭示了火焰?zhèn)鞑ニ俣群突鹧驿h面胞狀結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制是引起火焰鋒面結(jié)構(gòu)演變特性的機(jī)制。
　　研究了甲烷/氫氣/空氣湍流預(yù)混火焰的傳播特性。研究了氫氣比例、當(dāng)量比和湍流強(qiáng)度對(duì)湍流預(yù)混火焰演變特性的影響規(guī)律，得到了氫氣比例、當(dāng)量比和湍流強(qiáng)度對(duì)湍流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸?guī)律，分析了拉伸率對(duì)湍流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠?/p>

5、響機(jī)制。明確了氫氣比例、當(dāng)量比和湍流強(qiáng)度對(duì)湍流燃燒速度的影響規(guī)律，得到了火焰充分發(fā)展條件下的湍流燃燒速度的擬合公式，分析了氫氣比例、當(dāng)量比和湍流強(qiáng)度對(duì)燃燒速度的促進(jìn)作用，明確了甲烷/氫氣相對(duì)湍流燃燒速度隨氫氣比例的增長(zhǎng)整體呈非線性降低的規(guī)律，湍流對(duì)甲烷/氫氣燃燒速度的影響隨氫氣比例的增大逐漸降低。
　　研究了甲烷/氫氣/空氣湍流預(yù)混火焰的結(jié)構(gòu)特性。探討了火焰?zhèn)鞑コ跗谛螤顚?duì)火焰結(jié)構(gòu)特性的影響規(guī)律，明確火焰初期形狀對(duì)火焰結(jié)構(gòu)特性的影響

6、隨著火焰的傳播逐漸降低;采用快速傅里葉變換對(duì)火焰鋒面不同尺度的擾動(dòng)進(jìn)行分解，研究了不同尺度擾動(dòng)隨時(shí)間的演變特性，明確了火焰鋒面不同擾動(dòng)對(duì)火焰結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制，小波數(shù)擾動(dòng)是火焰鋒面宏觀結(jié)構(gòu)的主要影響因素，大波數(shù)擾動(dòng)是火焰鋒面局部結(jié)構(gòu)特性的主要影響因素。明確了火焰鋒面局部結(jié)構(gòu)特性和速度特性的概率分布特性，揭示了湍流對(duì)火焰鋒面局部結(jié)構(gòu)特性和局部速度特性的影響機(jī)制，湍流尺度增大引起的火焰結(jié)構(gòu)特性的變化是引起火焰鋒面局部波動(dòng)和局部速度增強(qiáng)的核心因素