乙醇—空气预混层流燃烧特性试验与仿真研究
发布时间：2020-07-11 17:43
【摘要】：生物乙醇是目前应用最广泛的生物质液体燃料,其具有可再生、燃烧过程不额外排放C02等特点,随着第二代生物乙醇制取技术的发展,产量的增加及原料非粮食化使其具备更广阔的应用前景。为了更高效清洁地燃烧利用燃料乙醇,本文对乙醇-空气混合气的层流燃烧特性进行了较全面的试验及仿真研究： 第一,在定容燃烧弹试验中,利用高速纹影成像系统记录了当量比0.7、1.0、1.2、1.45、1.7下的5组乙醇-空气混合气在初始温度363K、常压下的球形火焰扩展过程。在火焰图像半径提取过程中采用了基于灰度梯度的夹逼测量法提高了检测精度,并通过火焰半径变化规律计算了线性外推法与非线性外推法下的层流燃烧速度,总结分析的其他层流燃烧特性包括质量燃烧速率、层流火焰厚度、马克斯坦长度、马克斯坦数、全局活化能、Ze数等。 第二,利用Chemkin软件的火焰速度计算模型得到了Marinov机理下的乙醇空气混合气层流燃烧速度,并与本文试验数据、近年他人数据及Li机理的计算结果进行了对比,其中,浓燃时本文数据相对偏小,当量比1.2与1.45条件下相对Marinov机理的结果分别平均偏小16.3%与22%左右。在稀燃条件下,本文数据与两种燃烧机理的结果吻合较好,当量比0.7与1条件下与Marinov机理、Li机理的结果平均偏差为3.5%与1.5%左右。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【图文】：
定容燃烧弹（以下简称容弹）是用于模拟燃料等容燃烧过程的试验装置，也是研究球形膨胀火焰最为广泛采用的燃烧器，典型燃烧器外观如图1.6 (a)所示。记录容弹中心点火形成的近球形膨胀火焰（高速纹影技术拍摄的燃烧过程如图1.6 (b)所示），可通过球形火焰理论（球形火焰拉伸率定义）及马克斯坦长度理论（火焰拉伸与火焰速度关系）获得层流火焰速度[37]。图1.6 (C)为试验中“恒压燃烧段”的火焰拉伸率与燃烧速度关系图，通过外推法可获得图中红圈位置的层流火焰速度值，图中采用不同的外推方法获得的数据略有不同[38」9]。(a)定容燃烧弹 .\l flH 0 —^ 0 50 100 150 200 250 300 350 400a (l/s)(b)纹影火焰图 （c)外推法示意图1.6定容燃烧弹法介绍图根据上述介绍，我们可以发现三角火焰法、平面火焰法、滞止火焰面法及热流量法都通过获得稳定的燃烧平面建立流速与火焰速度的关系最终获得层流燃烧速度，但是受到燃烧器的限制，这4种方法很难用于研宄环境压力对燃烧速度的影响，应用于液体燃料时还要考虑燃料雾化混合等问题
试验用定容燃烧弹（以下简称容弹）的外形为最大轮廓尺寸200mmX200mmX200mm的类正方体，实物照片及各部件说明如图2.2所示。容弹各表面预留有直径为122mm的透明视窗及点火电极固定块的安装孔，透明视窗采用透射性较强的石英玻璃，可用于高速纹影系统的测量。容弹的上表面各侧角预留有用于压力传感器（Kistler6115B)、去错装热电偶（WRNK-234)、油气入口及废气出口阀门等零件的安装孔。容弹各表面均安装有6支加热电阻，保证容弹实体温度分布均匀，加热过程可通过调整直流电源电压调节加热速度。表面所有安装孔通过聚四l#乙稀密封垫圈及管螺纹密封。容弹内部容积为1.69L,可承受的最大爆发压力约为20MPa。10
2.2.1中心电极与电极间距如图2.3所示，本文使用的中心电极由车用火花塞改装而成，在去除火花塞负极后，于火花塞的正极前端辉接直径0.4mm的钻金丝以延长电极并减小因电极丝导热导致的火焰面凹陷等问题，保证火焰扩展过程实现准球形传播。由于本文的主要研宄内容为层流燃烧速度的计算，理论上电极间距不影响火焰稳定后的传播过程，因此，试验的电极间距在浮熄距离（一般为0.02-0.05mni)与输出压力最大混合气击穿距离之间都可以。参考不同燃料在最小点火能量（MIE)测试中采用的最佳电极间距可以发现，燃料类型与电极结构将影响火花，同时，电极间距过小将影响电极放电，导致火花能量过小，无法点燃混合气，电极间距过大则会因无法击穿形成火花导致失火，一般MIE试验电极间距取0.4-2mm之间本文在通过如图2.3 (a)所示的电极间距调试试验中发现，电极间距为IJmrn时
本文编号：2750721
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【图文】：
定容燃烧弹（以下简称容弹）是用于模拟燃料等容燃烧过程的试验装置，也是研究球形膨胀火焰最为广泛采用的燃烧器，典型燃烧器外观如图1.6 (a)所示。记录容弹中心点火形成的近球形膨胀火焰（高速纹影技术拍摄的燃烧过程如图1.6 (b)所示），可通过球形火焰理论（球形火焰拉伸率定义）及马克斯坦长度理论（火焰拉伸与火焰速度关系）获得层流火焰速度[37]。图1.6 (C)为试验中“恒压燃烧段”的火焰拉伸率与燃烧速度关系图，通过外推法可获得图中红圈位置的层流火焰速度值，图中采用不同的外推方法获得的数据略有不同[38」9]。(a)定容燃烧弹 .\l flH 0 —^ 0 50 100 150 200 250 300 350 400a (l/s)(b)纹影火焰图 （c)外推法示意图1.6定容燃烧弹法介绍图根据上述介绍，我们可以发现三角火焰法、平面火焰法、滞止火焰面法及热流量法都通过获得稳定的燃烧平面建立流速与火焰速度的关系最终获得层流燃烧速度，但是受到燃烧器的限制，这4种方法很难用于研宄环境压力对燃烧速度的影响，应用于液体燃料时还要考虑燃料雾化混合等问题
试验用定容燃烧弹（以下简称容弹）的外形为最大轮廓尺寸200mmX200mmX200mm的类正方体，实物照片及各部件说明如图2.2所示。容弹各表面预留有直径为122mm的透明视窗及点火电极固定块的安装孔，透明视窗采用透射性较强的石英玻璃，可用于高速纹影系统的测量。容弹的上表面各侧角预留有用于压力传感器（Kistler6115B)、去错装热电偶（WRNK-234)、油气入口及废气出口阀门等零件的安装孔。容弹各表面均安装有6支加热电阻，保证容弹实体温度分布均匀，加热过程可通过调整直流电源电压调节加热速度。表面所有安装孔通过聚四l#乙稀密封垫圈及管螺纹密封。容弹内部容积为1.69L,可承受的最大爆发压力约为20MPa。10
2.2.1中心电极与电极间距如图2.3所示，本文使用的中心电极由车用火花塞改装而成，在去除火花塞负极后，于火花塞的正极前端辉接直径0.4mm的钻金丝以延长电极并减小因电极丝导热导致的火焰面凹陷等问题，保证火焰扩展过程实现准球形传播。由于本文的主要研宄内容为层流燃烧速度的计算，理论上电极间距不影响火焰稳定后的传播过程，因此，试验的电极间距在浮熄距离（一般为0.02-0.05mni)与输出压力最大混合气击穿距离之间都可以。参考不同燃料在最小点火能量（MIE)测试中采用的最佳电极间距可以发现，燃料类型与电极结构将影响火花，同时，电极间距过小将影响电极放电，导致火花能量过小，无法点燃混合气，电极间距过大则会因无法击穿形成火花导致失火，一般MIE试验电极间距取0.4-2mm之间本文在通过如图2.3 (a)所示的电极间距调试试验中发现，电极间距为IJmrn时
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 杜德兴,Law,C.K.;甲醇、乙醇——空气混合物层流火焰传播速度的实验研究[J];工程热物理学报;1992年04期
2 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
3 张尊华;李格升;沈宇;李龙欢;杨锐;高孝洪;;含水乙醇-空气预混层流燃烧特性的试验[J];内燃机学报;2013年01期
相关博士学位论文 前1条
1 刘军锋;第三代生物柴油的开发研究[D];北京化工大学;2013年
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