含氧生物燃料的燃燒速度及湍流火焰結(jié)構(gòu)測量研究.pdf

1、隨著化石能源危機(jī)的出現(xiàn)和對生態(tài)環(huán)境的重視，生物燃料的大規(guī)模應(yīng)用開始進(jìn)入世界舞臺。生物燃料泛指由生物質(zhì)組成或萃取而成的固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)可燃物。由于組分含氧，生物燃料具有區(qū)別于烴類燃料的特性。因此，為安全、高效、清潔地利用這些含氧生物燃料，了解其燃燒特性，如層流火焰速度、中間產(chǎn)物的分布及變化、污染物排放等，具有十分重要的意義。本文分別以預(yù)混層流絕熱燃燒火焰速度和湍流火焰結(jié)構(gòu)作為切入點(diǎn)，研究生物液體燃料和生物氣體燃料燃燒特性。目前生物醇類的重

2、要應(yīng)用之一是與汽油混合配制成醇類汽油作為發(fā)動機(jī)燃料，以改善防爆功能及優(yōu)化燃燒。因此，醇類添加物對汽油燃燒的影響及其機(jī)理受到了廣泛的關(guān)注。生物合成氣的一個(gè)主要利用方式為湍流預(yù)混燃燒，而燃燒器結(jié)構(gòu)、燃料稀釋劑、湍流強(qiáng)度等，均影響著湍流火焰的相互作用。本文選取燃燒器出口壁厚為變量研究生物合成氣湍流火焰特性。
　　本文自行搭建預(yù)蒸發(fā)預(yù)混燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)，利用熱流量法和本生燈法，對甲/乙醇-TRF燃料層流火焰速度進(jìn)行測量。結(jié)果表明，添加醇類有利

3、于汽油燃燒，且醇類含量越大，混合燃料的燃燒速度越快。各燃料在初溫升高時(shí)層流火焰速度增大，如 E20在338K和353K初溫下的測得的最高速度分別為47.99cm/s和49.96cm/s。為理解醇類對汽油燃燒影響的動力學(xué)機(jī)理，本文利用CHEMKIN3.7對甲/乙醇-n-庚烷層流燃燒進(jìn)行模擬計(jì)算。 OH、H等觸發(fā)支鏈反應(yīng)的自由基濃度，抑制了CH3和 C2H3等引發(fā)鏈終止反應(yīng)的自由基濃度。不同當(dāng)量比下影響層流火焰速度的關(guān)鍵反應(yīng)有所改變，H+O

4、2<=> O+OH（R291）在則任何工況下均具有最大的正敏感因子，且隨著當(dāng)量比的增加而增加，這解釋了添加醇類在富燃工況影響更大的現(xiàn)象。
　　本文以Sandia實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)火焰B為基礎(chǔ)并改變噴嘴的壁厚，研究生物合成氣（30％H2+30%CO+40%N2）湍流火焰結(jié)構(gòu)和熄火特性。采用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)拍攝火焰OH瞬態(tài)圖，發(fā)現(xiàn)隨著火焰高度增加，火焰結(jié)構(gòu)因火焰旋轉(zhuǎn)及空氣卷吸而變得更加錯(cuò)綜復(fù)雜。當(dāng)高度繼續(xù)增加時(shí)，OH信號出現(xiàn)不連續(xù)分布，即出現(xiàn)