基于OpenFOAM数值研究掺氢甲烷火燃烧特性

发布时间：2022-02-27 07:55

　　在可持续、可靠和经济高效的能源发展建设中,氢气以其优越的特性在众多可再生清洁能源中脱颖而出。2020年我国国家发展改革委、司法部印发《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》的通知中明确提出,将研究制定氢能等新能源发展的标准规范和支持政策。目前学者认为将氢气混合到现有的天然气管网中是增加可再生能源系统产量的一种手段。美国国家可再生能源实验室提出混合20%以内（体积分数）的氢气到现有天然气管网中以存储和输运氢气,既不会增加终端用户设备的使用风险,又不会危害现有管道的完整性和耐久性。本人参与的国家重点研发计划政府间科技创新重点专项（科技部）“氢能利用中安全泄爆研究项目（编号:2016YFE0113400）”,对氢气与甲烷混合后的安全问题也开展了研究。本文通过对国内外掺氢甲烷火的文献调研发现,国内外对掺氢甲烷火的研究主要集中在富氢甲烷火的火焰长度、温度、火焰稳定性和污染物排放等方面,而对于掺混不超过20%氢气时氢气体积浓度对氢气-甲烷火灾特征参数的模拟和实验研究均较少。其中对混合气体燃烧的模拟研究也需要不断地研究和改进。因此,为了探究掺混低浓度氢气对掺氢甲烷火燃烧特性的影响,本文通过实... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 掺氢甲烷火研究现状
        1.2.2 火焰燃烧模型研究现状
        1.2.3 FireFOAM研究现状
    1.3 研究目标及内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
    1.4 章节安排
第2章 实验装置和测试方法
    2.1 引言
    2.2 实验装置介绍
        2.2.1 实验装置系统
        2.2.2 燃烧器
        2.2.3 流量计
    2.3 数据采集系统
        2.3.1 图像采集系统
        2.3.2 温度测量系统
        2.3.3 辐射测量系统
    2.4 实验测试方法
第3章 数值模型与验证
    3.1 引言
    3.2 计算模型
        3.2.1 FireFOAM求解器
        3.2.2 控制方程
        3.2.3 改进的EDC燃烧模型
        3.2.4 PaSR烟颗粒生成模型
        3.2.5 辐射模型
    3.3 数值计算方法
    3.4 边界条件和初始条件
    3.5 模型验证
        3.5.1 模拟工况设置
        3.5.2 网格无关性分析
        3.5.3 火焰高度
        3.5.4 火焰中心线温度和速度
第4章 掺氢甲烷池火行为及传热规律研究
    4.1 引言
    4.2 氢气体积浓度对掺氢甲烷池火行为的影响
        4.2.1 工况设置
        4.2.2 火焰形态
        4.2.3 火焰高度
        4.2.4 火焰中心线温度和速度
        4.2.5 火焰辐射
        4.2.6 烟颗粒体积分数
        4.2.7 小结
    4.3 燃烧器尺寸对掺氢甲烷池火行为的影响
        4.3.1 工况设置
        4.3.2 火焰形态
        4.3.3 火焰高度
        4.3.4 火焰中心线温度
        4.3.5 火焰表面发射功率
        4.3.6 烟颗粒体积分数
    4.4 本章小结
第5章 欠膨胀掺氢甲烷喷射火行为及传热规律研究
    5.1 引言
    5.2 Birch模型
    5.3 工况设置
    5.4 火焰形态
    5.5 火焰高度
    5.6 火焰中心线温度
    5.7 辐射分数
    5.8 烟颗粒体积分数
    5.9 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 研究创新点
    6.3 研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]贫预混火焰动力学及稳定性分析[J]. 王博涵,孙潇峰,姜磊,胡宏斌,聂超群.  燃气轮机技术. 2019(03)
[2]掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性数值模拟研究[J]. 李岳林,沈嘉诚.  汽车工程学报. 2019(03)
[3]微型动力装置内掺氢甲烷燃烧特性[J]. 禹莉莉,王谦,黄蓉,赵岩,柏金.  河南科技大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]丙烷/氢气混合燃烧的火焰特征与辐射特性试验研究[J]. 马哲,何其泽,杨昀.  消防科学与技术. 2017(09)
[5]掺氢天然气管道输送安全技术[J]. 赵永志,张鑫,郑津洋,顾超华,张林.  化工机械. 2016(01)
[6]微型燃烧器内掺氢甲烷燃烧特性的数值模拟[J]. 许艺鸣,单春贤,唐爱坤,潘剑锋,侯智勇,邬迪.  机械工程学报. 2015(18)
[7]基于OpenFOAM的甲烷掺氢燃烧数值模拟研究[J]. 李嘉辰,刘昊,赵光耀,卢海涛,韩雪娇,张红光.  中国现代教育装备. 2014(05)
[8]多孔介质钝体火焰稳定性[J]. 刘明侯,许胜,陈靖,陈义良.  燃烧科学与技术. 2012(02)
[9]甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究[J]. 张红光,白小磊,韩雪娇,孙娜.  兵工学报. 2011(02)
[10]氢含量对氢气/甲烷混合气扩散燃烧特性的影响研究[J]. 武辉,穆克进,王岳,肖云汉.  热能动力工程. 2010(01)

硕士论文
[1]微尺度条件下纯丙烷和掺氢丙烷火焰形态及转变特性的实验研究[D]. 邓江.江苏大学 2018
[2]掺氢天然气均质压燃发动机燃烧特性数值模拟研究[D]. 戴湘柱.长沙理工大学 2017
[3]天然气混氢发动机工作过程分析研究[D]. 曾维铨.广西科技大学 2015
[4]微细尺度下掺氢对甲烷燃烧及熄火特性影响的数值研究[D]. 唐玮旻.重庆大学 2015
[5]基于定容燃烧弹的甲烷掺氢燃烧特性研究[D]. 白小磊.北京工业大学 2011



本文编号：3645104