基于定容燃烧弹的甲烷-氧气-水蒸气混合气的层流火焰特性研究

发布时间：2020-07-07 02:08

【摘要】：随着石油资源的快速消耗和环境污染的加重,需要人们去开发利用清洁替代燃料和研发新的燃烧技术。天然气以其储量丰富、燃烧清洁和安全性高等优点成为当前最有发展潜力的替代燃料,水蒸气纯氧燃烧技术因具有高效零污染物排放的特点而备受关注。为了研究甲烷在水蒸气纯氧条件下的层流火焰特性,搭建了多功能定容燃烧实验系统,结合纹影摄像技术,对甲烷在氧/水蒸气条件下的预混层流燃烧速度进行试验研究,为O_2/H_2O条件下CH_4燃烧技术提供基础数据和理论支撑。多功能定容燃烧实验系统主要包括定容燃烧弹、进排气系统、点火系统、温控加热系统和火焰图像采集系统。由进排气系统与温控加热系统可调控不同初始温度下的进气和高浓度水蒸气的制取。通过改变混合气的预热温度、当量比等初始条件,以及设置高水蒸气稀释浓度,利用定容燃烧实验台获取甲烷在高温高湿纯氧气氛下的层流燃烧火焰图像,然后在MATLAB上采用编写的火焰图像处理程序对火焰图像进行处理计算,最终得出甲烷-氧气-水蒸气预混气体的层流燃烧速度及其随初始温度和当量比的变化规律,通过甲烷空气条件下层流火焰速度的测量,验证了实验台和测量方法的准确性。甲烷-氧气-水蒸气预混燃烧实验初始温度为400 K和450 K,水蒸气稀释浓度为0.64,当量比从0.7到1.3。当量比对拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度产生很大影响,当量比小于1.1时,拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度随着当量比的增大而增大,当量比为1.1时达到最大值;而当量比大于1.1之后,随着当量比进一步增加拉伸火焰传播速度、未拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度随之减小,此外温度提升对燃烧速度也具有明显的促进作用;马克斯坦长度为正值,并随着当量比的增加有所提高,温度提升对马克斯坦长度影响不大。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK16
【图文】：

上述学者们的研究中发现，不同稀释气体，不同初始条件下的甲烷特性研究相当广泛，但依然还有比较欠缺的地方，即甲烷在纯氧/水预混层流燃烧。H2O 清洁燃烧技术年来有一种新的燃烧方式被提出并得到研究应用，即 O2/H2O 燃烧技被认为是新一代潜力巨大的新型氧燃料燃烧方式[34,36]。其以水蒸气烧是在 O2/H2O 气氛下进行的，可以显著降低污染物的排放和有利捕集。关于这种燃烧方式的背景目前主要体现在两个方面。方面是 O2/H2O 燃烧零排放发电技术（CES 循环）。Yantaovsky 等[37提出在 O2/H2O 混合气中燃烧天然气或煤基合成气的零排放发电系洁能源公司（CES）基于火焰发动机的燃烧技术对该 O2/H2O 燃烧技步的开发和利用，采用层板喷注燃烧器，实现氧气、水蒸气和 CH4产生 90 %的水蒸气和 10 %的 CO2，直接推动透平做功[38-39]。CES 发图 1.1 所示。

第一章 绪 论的概念，计算表明发电效率可提高到 67 %以上，并且实现 CO2的零排放另一方面为内燃兰金循环发动机。内燃兰金循环是在纯氧燃烧技术的基来的，CES 公司在美国能源部的燃烧器发展项目资助下开发新一代纯氧器技术时，针对纯氧燃烧技术中循环工质不足的问题，将高温水引入燃为循环工质，因而又被称为内燃兰金循环。1999 年，悉尼大学 Robert W. 首次提出将应用在清洁能源系统技术（Clean Energy System）中的内燃兰ICRC）移植至往复式发动机中，建立采用化石燃料的零排放内燃机热力兰金循环往复活塞式内燃机主要技术特点有：1、耦合废气再循环的纯氧燃烧室内高温高压循环水喷射；3、二氧化碳回收；4、基于化石燃料的（放车用内燃机动力系统。图 1.2 为 ICRC 内燃机试验系统示意图。这种循现代高效内燃机中的应用近几年开始呈现由实验室研究转入小规模量产势，在国外已经有一些发动机比如 BMW M4 GTS 采用了喷水技术。无论究还是实际应用中，这项技术的亮点——高效超低排放——都是有目共

本生灯火焰图

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周镇;艾育华;孔文俊;;高压下合成气层流火焰传播特性的实验研究[J];工程热物理学报;2013年08期

2 黄中伟，孙宏元;层流火焰速度与有关物理化学参数的关系[J];深圳大学学报;1996年Z1期

3 谈伟平;张佳心;盛世承;;甲烷、丙烷和甲烷/丙烷混合燃料层流火焰传播速度的测定[J];应用科技;1989年01期

4 许考;张海;樊融;刘青;;流量非对称性对层流火焰传播速度测量的影响[J];工程热物理学报;2009年02期

5 廖世勇;井明科;程前;黄佐华;蒋德明;;乙醇—空气预混层流火焰特性的试验研究[J];内燃机学报;2007年05期

6 倪培永;王向丽;;苯-空气低压预混层流火焰燃烧特性研究[J];中国科技论文;2016年23期

7 韩敏超;艾育华;陈正;王岳;孔文俊;;不同预热温度下H_2/CO/O_2/CO_2的层流火焰传播特性[J];工程热物理学报;2016年01期

8 Mahdi Faghih;陈正;;用于测量层流火焰速度的定容球形传播火焰方法(英文)[J];Science Bulletin;2016年16期

9 库金峰;胡二江;黄佐华;;乙基叔丁基醚层流火焰特性研究[J];工程热物理学报;2019年07期

10 彭惠生;钟北京;;1-戊烯层流火焰传播速度的测量[J];燃烧科学与技术;2017年06期

相关会议论文 前6条

1 郑东;钟北京;杜雅雯;;液体燃料层流火焰传播速度测量定容燃烧弹实验系统[A];中国化学会第一届全国燃烧化学学术会议论文摘要集[C];2015年

2 钟北京;郑东;;不同结构的C_7燃料层流火焰传播速度测量与动力学分析[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十六分会：燃烧化学[C];2016年

3 黄昕;蒋皓波;朱登豪;邓俊;李理光;;不同氛围下甲烷层流预混燃烧对比研究[A];2018中国汽车工程学会年会论文集[C];2018年

4 李智鹏;蒋榕培;王亚军;孙海云;刘江强;刘朝阳;;氧化亚氮基绿色单组元推进剂火焰传播速度研究[A];中国航天第三专业信息网第三十七届技术交流会暨第一届空天动力联合会议论文集[C];2016年

5 苑文浩;李玉阳;Philippe Dagaut;杨玖重;齐飞;;甲苯燃烧的实验与动力学模型研究[A];第七届全国高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2014年

6 何海斌;吴锋;姚栋伟;;内燃机代用燃料焦炉气的化学反应机理研究[A];内燃机科技（高校篇）——中国内燃机学会第六届青年学术年会论文集[C];2015年

相关博士学位论文 前10条

1 胡贤忠;CH_4在O_2/CO_2气氛下燃烧特性的研究[D];东北大学;2017年

2 邓哲;Al/AP粉末推进剂点火燃烧及层流火焰传播模型研究[D];西北工业大学;2016年

3 邓帮林;生物丁醇应用于高速汽油机及其层流火焰速度研究[D];湖南大学;2014年

4 孟顺;O_2/H_2O条件下CO/H_2的层流火焰特性及化学动力学[D];哈尔滨工业大学;2016年

5 刘晓龙;掺氢内燃机燃烧特性及整车燃油经济性的数值模拟研究[D];北京工业大学;2015年

6 周雅君;气体碳氢燃料在常压及压力条件下的燃烧特性激光诊断研究[D];浙江大学;2017年

7 杨丽;煤/生物质气化合成气燃烧特性的激光诊断研究[D];浙江大学;2011年

8 翁武斌;激光诊断技术在煤及其气化气燃烧特性研究中的应用[D];浙江大学;2017年

9 何海斌;内燃机燃用焦炉气的燃烧过程仿真及性能优化研究[D];浙江大学;2017年

10 颜蓓蓓;低热值燃气预混火焰燃烧机理研究[D];天津大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 王晓东;基于定容燃烧弹的甲烷-氧气-水蒸气混合气的层流火焰特性研究[D];合肥工业大学;2019年

2 任星宇;卤代烷对甲烷火焰抑制的物理化学作用机理研究[D];中国科学技术大学;2017年

3 陶志强;中低热值气层流火焰特性的数值模拟和实验研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2012年

4 周小龙;掺氢高辛烷值燃料预混层流火焰特性的数值模拟[D];北京工业大学;2014年

5 王阳;烃类燃料的预混层流火焰燃烧特性研究[D];天津大学;2008年

6 戈铁柱;层流火焰淬熄电学特性的实验研究及数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 韩敏超;稀释剂对高温高压下合成气层流预混火焰燃烧特性影响研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2015年

8 张双;氢气和稀释气体对甲烷/空气预混层流火焰燃烧特性的影响研究[D];重庆大学;2014年

9 郭飞;丙烷与合成气在O_2/CO_2与O_2/H_2O气氛下层流火焰传播速度的实验与模拟研究[D];华中科技大学;2015年

10 张驰;稀释气体和氢气对甲烷/空气预混层流火焰燃烧特性的影响研究[D];重庆大学;2016年

本文编号：2744486