氫氣和稀釋氣體對甲烷-空氣預(yù)混層流火焰燃燒特性的影響研究.pdf

1、隨著能源短缺和環(huán)境問題形勢的日益嚴峻,提高燃料燃燒效率和降低有害物質(zhì)生成成了燃燒研究的最重要的目標。甲烷是最理想的清潔氣體燃料,但甲烷燃燒速度較低,而氫氣燃燒速度較高,甲烷摻混氫氣燃燒被認為是改善甲烷燃燒效率的有效途徑。稀釋燃燒是當前燃燒研究的另一熱點,因為稀釋氣體的加入,能降低燃燒最高溫度,進而降低NOx污染物生成。本文基于McKenna層流火焰測試,進行了摻混氫氣及稀釋氣體后甲烷/空氣火焰的燃燒特性研究,以期為甲烷氣體燃料的高效利用

2、提供技術(shù)支撐。本文研究內(nèi)容和主要結(jié)果如下:
　　1、對摻氫和不摻氫的甲烷/空氣預(yù)混層流火焰進行了實驗研究?；鹧嬖贛cKenna平面火焰燃燒器上穩(wěn)定燃燒。通過熱電偶法測量不同當量比和不同含氫量的火焰軸線溫度。求解火焰質(zhì)量平衡、能量平衡、物料平衡問題。得到了火焰的一些重要性質(zhì),比如最大火焰溫度、平均溫度、最大放熱率、火焰厚度、反應(yīng)區(qū)厚度和燃燒效率。這些性質(zhì)用于分析摻氫對層流火焰?zhèn)鞑サ挠绊懷芯?。結(jié)果表明,氫氣的存在一定程度上促進了層流火

3、焰的燃燒反應(yīng)。隨著含氫量的增加,最大放熱率和燃燒效率增大,然而火焰平均溫度降低。放熱曲線的分析表明,氫氣的加入對火焰前期放熱影響較大。加入氫氣以后ln(q)對1000/T的變化基本呈線性關(guān)系。
　　2、對摻稀釋氣體的的甲烷/空氣預(yù)混層流火焰進行了實驗測試,本文使用的稀釋氣體分別為N2和CO2。研究表明,兩種稀釋氣體的加入,都降低了火焰的傳播速率,使得火焰的最大溫度、最大放熱率和燃燒效率降低,火焰厚度和反應(yīng)區(qū)厚度增大。采用一維預(yù)混火

4、焰模型,模擬稀釋氣體對火焰 NO、NO2、CO濃度的影響。結(jié)果表明,NO、NO2濃度隨著稀釋含量的增大而減小,而CO的濃度卻增大。另外還得出CO2的稀釋效應(yīng)比N2的大,一方面CO2比N2熱容大,另一方面CO2作為燃燒主要產(chǎn)物,在燃燒過程中參與反應(yīng),使得反應(yīng) CO+OH?CO2+H向左移動,減小了H基濃度,更大程度的阻礙了火焰燃燒。
　　3、基于測量的火焰溫度,采用GRI-Mech3.0動力學(xué)反應(yīng)機理,對一維層流預(yù)混火焰模型進行模擬