低浓度瓦斯燃烧的化学动力学及稳定性研究
发布时间：2021-01-22 08:59
工业上存在着大量0.1-5%浓度范围内的低浓度瓦斯，这些低浓度的瓦斯由于可燃成分稀薄，难以被常规燃烧技术所利用，通常被直接排空。将瓦斯直接排放到大气中，一方面造成了有限的不可再生资源的巨大浪费；另一方面由于甲烷的强烈温室效应以及对大气臭氧层的破坏，加剧了大气污染。因此，合理利用低浓度瓦斯具有节能和环保双重意义。低浓度瓦斯燃烧的化学动力学及稳定性是低浓度瓦斯利用的两个核心问题，本文围绕这两方面问题进行研究，主要工作和结论如下：首先，基于激波理论以及甲烷燃烧机理GRI3.0，对激波诱导低浓度瓦斯燃烧进行了理论分析，并在此基础上采用大型燃烧软件Chemkin对激波诱导下煤矿低浓度瓦斯的点火延迟时间进行了数值模拟。通过基元反应敏感性分析、自由基的峰值分布以及CH3峰值时刻与温度梯度最大值时刻的吻合性三方面进行分析，定义了CH3峰值出现时刻为超低浓度瓦斯点火延迟时间。并研究了激波速度、瓦斯浓度、初始温度、初始压力对点火延迟时间的影响。研究结果表明增加激波速度、瓦斯初始温度、初始压力会导致点火延迟时间缩短，而瓦斯的浓度变化对其点火延迟时间影响较小。其次，...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 能源、瓦斯排放与安全
1.1.2 低浓度瓦斯利用技术
1.2 低浓度瓦斯燃烧技术概述
1.2.1 激波技术与甲烷燃烧机理
1.2.2 甲烷/空气燃烧的稳定性
1.2.3 瑞士卷燃烧器
1.3 本文的研究内容、研究方法和技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方法
1.3.3 技术路线
2 低浓度瓦斯燃烧的化学动力学研究
2.1 引言
2.2 激波模型与甲烷燃烧机理
2.2.1 激波突跃关系
2.2.2 激波耦合燃烧
2.2.3 甲烷燃烧机理
2.3 求解方法与求解过程
2.3.1 Chemkin 简介
2.3.2 Tecplot 简介
2.3.3 求解过程
2.4 点火延迟时间的确定
2.4.1 自由基的浓度
2.4.2 敏感性分析
2.5 低浓度瓦斯点火延迟时间的数值模拟
2.5.1 物理模型
2.5.2 瓦斯浓度对点火延迟时间的影响
2.5.3 入射激波速度对点火延迟时间的影响
2.5.4 初始温度对点火延迟时间的影响
2.5.5 初始压力对点火延迟时间的影响
2.6 小结
3 低浓度瓦斯燃烧稳定性的数值模拟
3.1 回火、火焰推举和熄火
3.2 低浓度瓦斯燃烧反应器模型
3.2.1 全混流反应器
3.2.2 柱塞流反应器
3.3 低浓度瓦斯在全混流反应器中燃烧的稳定性模拟
3.3.1 驻留时间对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.3.2 瓦斯浓度对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.3.3 预热温度对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.3.4 热损失对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.4 低浓度瓦斯在柱塞流反应器中燃烧稳定性模拟
3.4.1 瓦斯流量对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.4.2 瓦斯浓度对燃烧室稳定燃烧长度的影响
3.4.3 热损失对燃烧室稳定燃烧长度的影响
3.5 小结
4 低浓度瓦斯燃烧的稳定性实验
4.1 引言
4.2 瑞士卷燃烧器设计
4.2.1 超焓燃烧理论
4.2.2 内置多孔介质的瑞士卷燃烧器设计
4.3 燃烧实验平台设计
4.3.1 燃料与氧化剂流量的精确供给系统
4.3.2 测试仪器及设备
4.3.3 计算机集成显示记录系统
4.4 点火启动设计
4.4.1 点火启动方案分析
4.4.2 点火启动过程
4.5 低浓度瓦斯燃烧稳定性实验
4.5.1 流量对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
4.5.2 瓦斯浓度对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
4.5.3 实验结果与模拟结果对比分析
4.6 小结
5 总结和展望
5.1 本文工作总结
5.2 论文创新点
5.3 下一步工作展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]贫燃料湍流预混燃烧火焰稳定性的数值研究[J]. 王朝晖,王成军,吴镇宇,王丹丹. 沈阳航空工业学院学报. 2009(04)
[2]添加氢气的甲烷/空气预混火焰结构的数值预测[J]. 蒋勇,邱榕,宋崇林. 燃烧科学与技术. 2009(03)
[3]介质阻挡放电边缘电场对甲烷燃烧强化的影响[J]. 姜春阳,夏胜国,邹鑫,何俊佳. 高电压技术. 2009(01)
[4]微小Swiss-roll燃烧器的数值模拟[J]. 李军伟,钟北京,王建华. 燃烧科学与技术. 2008(06)
[5]甲烷/空气在微小型Swiss-roll燃烧器内燃烧的实验研究[J]. 李军伟,钟北京,王建华. 热能动力工程. 2008(02)
[6]煤层气利用技术研究现状[J]. 景兴鹏,刘瑛良,郑登峰. 陕西煤炭. 2007(06)
[7]微通道内甲烷空气预混气的熄火极限[J]. 钟北京,焦健. 清华大学学报(自然科学版). 2007(11)
[8]贫燃料预混燃烧的回火特性研究[J]. 田颖,徐纲,宋权斌,崔玉峰,房爱兵,聂超群. 工程热物理学报. 2006(05)
[9]甲烷点火燃烧的简化化学反应动力学模型[J]. 肖保国,钱炜祺,杨顺华,乐嘉陵. 推进技术. 2006(02)
[10]低浓度煤层气发电机组技术及其应用[J]. 陈宜亮. 山东理工大学学报(自然科学版). 2003(04)
博士论文
[1]内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的点火启动和热能利用研究[D]. 何贤钊.中国科学技术大学 2010
[2]外置瑞士卷多孔介质燃烧器特性研究[D]. 马培勇.中国科学技术大学 2010
[3]用于煤矿通风甲烷的Swiss-roll燃烧器特性研究[D]. 扈鹏飞.中国科学技术大学 2009
[4]基于激波管实验平台的甲烷燃烧化学动力学机理研究[D]. 王高峰.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]高压瓦斯泄放自燃实验研究[D]. 赵万里.河南理工大学 2011
本文编号：2992947
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 能源、瓦斯排放与安全
1.1.2 低浓度瓦斯利用技术
1.2 低浓度瓦斯燃烧技术概述
1.2.1 激波技术与甲烷燃烧机理
1.2.2 甲烷/空气燃烧的稳定性
1.2.3 瑞士卷燃烧器
1.3 本文的研究内容、研究方法和技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方法
1.3.3 技术路线
2 低浓度瓦斯燃烧的化学动力学研究
2.1 引言
2.2 激波模型与甲烷燃烧机理
2.2.1 激波突跃关系
2.2.2 激波耦合燃烧
2.2.3 甲烷燃烧机理
2.3 求解方法与求解过程
2.3.1 Chemkin 简介
2.3.2 Tecplot 简介
2.3.3 求解过程
2.4 点火延迟时间的确定
2.4.1 自由基的浓度
2.4.2 敏感性分析
2.5 低浓度瓦斯点火延迟时间的数值模拟
2.5.1 物理模型
2.5.2 瓦斯浓度对点火延迟时间的影响
2.5.3 入射激波速度对点火延迟时间的影响
2.5.4 初始温度对点火延迟时间的影响
2.5.5 初始压力对点火延迟时间的影响
2.6 小结
3 低浓度瓦斯燃烧稳定性的数值模拟
3.1 回火、火焰推举和熄火
3.2 低浓度瓦斯燃烧反应器模型
3.2.1 全混流反应器
3.2.2 柱塞流反应器
3.3 低浓度瓦斯在全混流反应器中燃烧的稳定性模拟
3.3.1 驻留时间对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.3.2 瓦斯浓度对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.3.3 预热温度对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.3.4 热损失对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.4 低浓度瓦斯在柱塞流反应器中燃烧稳定性模拟
3.4.1 瓦斯流量对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
3.4.2 瓦斯浓度对燃烧室稳定燃烧长度的影响
3.4.3 热损失对燃烧室稳定燃烧长度的影响
3.5 小结
4 低浓度瓦斯燃烧的稳定性实验
4.1 引言
4.2 瑞士卷燃烧器设计
4.2.1 超焓燃烧理论
4.2.2 内置多孔介质的瑞士卷燃烧器设计
4.3 燃烧实验平台设计
4.3.1 燃料与氧化剂流量的精确供给系统
4.3.2 测试仪器及设备
4.3.3 计算机集成显示记录系统
4.4 点火启动设计
4.4.1 点火启动方案分析
4.4.2 点火启动过程
4.5 低浓度瓦斯燃烧稳定性实验
4.5.1 流量对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
4.5.2 瓦斯浓度对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响
4.5.3 实验结果与模拟结果对比分析
4.6 小结
5 总结和展望
5.1 本文工作总结
5.2 论文创新点
5.3 下一步工作展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]贫燃料湍流预混燃烧火焰稳定性的数值研究[J]. 王朝晖,王成军,吴镇宇,王丹丹. 沈阳航空工业学院学报. 2009(04)
[2]添加氢气的甲烷/空气预混火焰结构的数值预测[J]. 蒋勇,邱榕,宋崇林. 燃烧科学与技术. 2009(03)
[3]介质阻挡放电边缘电场对甲烷燃烧强化的影响[J]. 姜春阳,夏胜国,邹鑫,何俊佳. 高电压技术. 2009(01)
[4]微小Swiss-roll燃烧器的数值模拟[J]. 李军伟,钟北京,王建华. 燃烧科学与技术. 2008(06)
[5]甲烷/空气在微小型Swiss-roll燃烧器内燃烧的实验研究[J]. 李军伟,钟北京,王建华. 热能动力工程. 2008(02)
[6]煤层气利用技术研究现状[J]. 景兴鹏,刘瑛良,郑登峰. 陕西煤炭. 2007(06)
[7]微通道内甲烷空气预混气的熄火极限[J]. 钟北京,焦健. 清华大学学报(自然科学版). 2007(11)
[8]贫燃料预混燃烧的回火特性研究[J]. 田颖,徐纲,宋权斌,崔玉峰,房爱兵,聂超群. 工程热物理学报. 2006(05)
[9]甲烷点火燃烧的简化化学反应动力学模型[J]. 肖保国,钱炜祺,杨顺华,乐嘉陵. 推进技术. 2006(02)
[10]低浓度煤层气发电机组技术及其应用[J]. 陈宜亮. 山东理工大学学报(自然科学版). 2003(04)
博士论文
[1]内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的点火启动和热能利用研究[D]. 何贤钊.中国科学技术大学 2010
[2]外置瑞士卷多孔介质燃烧器特性研究[D]. 马培勇.中国科学技术大学 2010
[3]用于煤矿通风甲烷的Swiss-roll燃烧器特性研究[D]. 扈鹏飞.中国科学技术大学 2009
[4]基于激波管实验平台的甲烷燃烧化学动力学机理研究[D]. 王高峰.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]高压瓦斯泄放自燃实验研究[D]. 赵万里.河南理工大学 2011
本文编号：2992947
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