氢气/天然气混合燃料贫预混旋流燃烧特性研究

发布时间：2021-12-23 08:49

　　氢气由于其高可燃性和宽可燃极限近年来受到了越来越多的关注。其可以作为一种添加组分扩展传统碳氢燃料的贫燃极限,实现更稳定的燃烧。近些年煤制天然气、生物质合成气等替代燃料不断发展。这些燃料中都含有一定量的氢气,同时其燃料组分也不是固定不变的。结合我国的能源形势以及替代燃料的发展趋势,因此,需要发展燃料灵活性燃气轮机,同时了解氢气在混合燃料中的作用。通过将数值模拟和实验相结合,分析了氢气／天然气混合燃料旋流贫预混燃烧特性。首先,利用CHEMKIN计算了氢气／天然气混合燃料的燃烧特性,分析了氢气对燃料特性的影响趋势以及影响程度；其次,采用数值计算的方法计算了氢含量和值班燃料比例对冷热态流场、温度场等的影响；最后,采用正交试验设计确定分析排放和壁面温度的试验方案。分析了各参数对NOx和壁面温度的影响趋势。确定了影响因素的主次以及显著性因素。采用传统的实验研究的方法分析了空气入口温度、空气入口质量流量、当量比、值班燃料比例以及氢含量对热声振荡特性的影响。本文的主要结论如下：1.氢气／天然气混合燃料燃烧特性分析层流火焰传播速度会随着氢含量的增加而提高。按照氢含量从低到高的变化,将Sl随氢含量的变化分... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 富氢燃料
    1.3 热声振荡
        1.3.1 热声振荡产生机理
        1.3.2 热声振荡研究进展
        1.3.3 燃料组分的变化对热声振荡特性的影响
    1.4 热声振荡发展现状总结
    1.5 本文关注的科学问题
    1.6 本文的主要研究内容
2 氢气/天然气混合燃料燃烧特性分析
    2.1 层流火焰速度
    2.2 层流火焰厚度和化学反应特征时间
    2.3 自动点火延迟时间
    2.4 本章小结
3 氢气/天然气混合燃料贫预混旋流数值计算
    3.1 数值模拟方法和燃烧室模型
        3.1.1 数值模拟方法
            3.1.1.1 湍流模型
            3.1.1.2 燃烧模型
        3.1.2 模型燃烧室
    3.2 冷态计算
        3.2.1 纯预混模式下氢含量的影响
        3.2.2 燃料分配的影响
    3.3 热态计算
        3.3.1 氢含量的影响
            3.3.1.1 氢含量对流场的影响
            3.3.1.2 氢含量对温度场的影响
            3.3.1.3 氢含量对CO_2以及NO的影响
        3.3.2 燃料分配的影响
            3.3.2.1 燃料分配对流场的影响
            3.3.2.2 燃料分配对温度场的影响
            3.3.2.3 燃料分配对CO_2和NO的影响
    3.4 本章小结
4 实验台介绍
    4.1 燃料系统
    4.2 空气系统
    4.3 排气及冷却系统
    4.4 数据采集和测量系统
    4.5 试验件系统
        4.5.1 模型燃烧室压力测点及安装
        4.5.2 燃烧室温度测量点
        4.5.3 冷却系统连接
    4.6 本章小结
5 氢气/天然气混合燃料燃烧特性的实验分析
    5.1 数据处理方法
        5.1.1 动态压力的处理
        5.1.2 污染物排放
    5.2 实验方案
    5.3 正交分析
        5.3.1 NO_x的直观分析
        5.3.2 NO_x方差分析
        5.3.3 壁面温度分析
    5.4 热声振荡特性分析
        5.4.1 进气温度对热声振荡的影响
        5.4.2 当量比的影响
        5.4.3 氢含量的影响
        5.4.4 值班燃料的影响
        5.4.5 空气质量流量的影响
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
        6.1.1 氢气/甲烷混合燃料燃烧特性分析
        6.1.2 氢气/甲烷混合燃料的贫预混燃烧的数值计算研究
        6.1.3 氢气/甲烷混合燃料的贫预混燃烧的实验分析
    6.2 创新之处
    6.3 展望
主要符号说明
参考文献
攻读硕士期间发表的文章及所获奖项
致谢



本文编号：3548174