氢空气反应机理及基础燃烧特性研究

发布时间：2017-09-19 06:35

  本文关键词：氢空气反应机理及基础燃烧特性研究

  更多相关文章： 氢/空气混合气 层流燃烧 简化反应机理 燃烧特性

【摘要】：随着石油资源的匮乏、全球环境的恶化,排放法规对排放物的限制越来越严格。使用清洁能源和可再生能源已成为首选。其中,氢气燃烧清洁且可再生,是一种很有前景的内燃机代用燃料。先前的研究者对氢能作了较为系统的开发与研究,但是,对氢/空气基础燃烧特性、氢/空气化学反应机理等方面的研究尚有待于深入进行。本文首先基于燃烧测试系统平台,采用分压法匹配混合气成分,火花塞直接点火,试验研究了氢/空气混合气的层流燃烧特性。试验得出不同燃空当量比和初始温度对无拉伸火焰层流燃烧速度、已燃区终态温度、马克斯坦长度的影响规律,结果表明:在研究范围内,层流燃烧速度和已燃区温度随着燃空当量比的增大先增大后减小,随着初始温度的增大而增大,已燃区温度最大值均出现在燃空当量比为1.0。然后,应用化学反应动力学软件CHEMKIN,利用敏感性分析、生成速率分析以及反应路径分析,讨论了不同当量比下氢气氧化的详细化学反应历程,得出了不同的混合气浓度对反应过程有影响,提出了用于描述氢空气预混层流燃烧速度的包含14基元、26步反应的简化机理,并对简化机理进行了分析。最后,为了深入研究氢燃料内燃机的燃烧特性,建立了基于简化的化学反应机理的燃烧模型,模拟计算了氢气的燃烧过程,分别讨论了压缩比、转速、EGR和进气温度对缸内燃烧过程的影响。研究发现,压缩比、转速及进气温度等诸多参数,会对氢燃料内燃机的运行有影响;热EGR技术可以有效地降低缸内温度和缸内压力,进而降低NO排放,但较大的EGR率将导致氢内燃机效率的快速下降。
【关键词】：氢/空气混合气 层流燃烧 简化反应机理 燃烧特性
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK463
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题来源9
• 1.2 研究背景9-11
• 1.2.1 能源与环境问题9-11
• 1.2.2 氢燃料在汽车上的应用11
• 1.3 氢燃料燃烧特性的研究11-15
• 1.3.1 预混层流燃烧的研究意义11-12
• 1.3.2 预混层流的研究方法12-14
• 1.3.3 氢空气层流燃烧特性研究现状14-15
• 1.4 氢氧化学反应机理的研究15-18
• 1.4.1 详细反应机理15
• 1.4.2 简化化学反应机理的方法15-16
• 1.4.3 氢氧化学反应机理研究现状16-18
• 1.5 本文主要内容及章节安排18-19
• 2 氢空气预混燃烧基础特性19-31
• 2.1 燃烧测试系统和试验方法19-23
• 2.1.1 定容燃烧弹体19-20
• 2.1.2 高速纹影摄像系统20-21
• 2.1.3 点火系统21-22
• 2.1.4 进排气控制系统22
• 2.1.5 试验可燃混合气的配制22-23
• 2.2 球形火焰的理论概述23-24
• 2.2.1 层流燃烧速度和马克斯坦长度23-24
• 2.2.2 已燃区终态温度24
• 2.3 氢空气预混层流燃烧特性研究24-30
• 2.3.1 纹影图片的选取与测量24-25
• 2.3.2 定容燃烧弹内球形膨胀火焰的传播过程25-26
• 2.3.3 不同燃空当量比和温度对层流燃烧速度和火焰稳定性的影响26-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 氢空气化学反应机理研究及简化31-53
• 3.1 化学反应动力学概述31-32
• 3.1.1 化学反应速率31-32
• 3.1.2 反应速率常数及平衡常数32
• 3.2 采用的简化方法和手段32-37
• 3.2.1 反应机理简化方法32-34
• 3.2.2 简化及计算软件介绍34-37
• 3.3 详细的氢氧燃烧反应机理37-38
• 3.3.1 常见的氢氧燃烧详细机理37
• 3.3.2 GRI-Mech3.0 氢氧燃烧机理的燃烧速度验证37-38
• 3.4 氢空气预混燃烧反应机理简化38-47
• 3.4.1 主要物质的确定和骨架机理的构成38-39
• 3.4.2 计算模型的建立39-40
• 3.4.3 基于产物H2O的机理简化40-42
• 3.4.4 基于副产物NO的机理简化42-45
• 3.4.5 简化机理的获得45-47
• 3.5 对比验证与结果分析47-49
• 3.5.1 不同条件下的层流燃烧速度模拟验证47-48
• 3.5.2 反应物、生成物及重要中间物质验证48-49
• 3.6 简化机理中主要基元反应分析49-50
• 3.7 本章小结50-53
• 4 基于化学反应动力学的氢内燃机缸内燃烧模拟研究53-63
• 4.1 燃烧模型的建立及模拟计算53-54
• 4.2 各种参数对氢内燃机燃烧的影响54-61
• 4.2.1 压缩比对缸内燃烧过程的影响54-56
• 4.2.2 转速对缸内燃烧过程的影响56-57
• 4.2.3 EGR对缸内燃烧过程的影响57-59
• 4.2.4 进气温度对缸内燃烧过程的影响59-61
• 4.3 本章小结61-63
• 5 结论与展望63-65
• 5.1 论文研究成果与结论63
• 5.2 展望63-65
• 攻读硕士期间发表的学术论文及参加的科研项目65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-73
• 附录73

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本文编号：880086