乙烯掺氢对碳烟及其前驱体生成的影响

发布时间：2021-04-10 21:54

　　氢气由于其清洁高效的特点,受到广泛关注。将氢气添加到其它燃料中掺混燃烧,不仅可以降低排放,而且可以提高燃烧效率,因此掺氢燃烧的研究意义深远。本文通过数值仿真研究了稳态和非稳态两种条件下,掺氢气对于乙烯对冲火焰碳烟及其前驱体（PAHs）生成的影响。由于验证对冲火焰一维简化假设采用大喷嘴直径燃烧器,而对于小喷嘴直径燃烧器此简化假设是否适用还有待研究。本文首先建立了对冲火焰燃烧器二维模型,对比了不同条件下喷嘴出口轴向速度的径向分布,火焰位置及产物的差别。得到主要结论如下:喷嘴出口速度的分布并不均匀,即使进气流量相同,燃料出口和氧化剂出口的速度分布也不相同;燃料的分子越大,速度分布越不均匀;喷嘴间距变大,喷嘴出口的速度分布越均匀;此外,进气在加热后,喷嘴出口的速度分布会更加均匀;加入径向速度梯度后,火焰位置比一维计算不代入径向速度梯度更加靠近燃料出口,火焰宽度变宽,并且碳烟生成明显变多。其次,在修正速度和代入径向速度梯度的条件下,深入研究了掺氢气对碳烟及其前驱体生成的影响。从总体上看,掺氢使得火焰温度升高,但是温度升高很少。掺氢气也明显降低了碳烟及其前驱体的生成。从化学效应看,掺氢总体上抑制碳... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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论文技术路线

10第2章对冲火焰理论及碳烟模型目前，可以用来研究碳烟及其前驱体生成的火焰有很多，这其中包括扩散火焰和预混火焰。而现在的研究认为发动机内的碳烟是在扩散火焰中生成的，因此本文选择扩散火焰来研究碳烟及其前驱体的生成。目前研究中，最常见的扩散火焰为射流火焰和对冲火焰，而对冲火焰可以近似地看作是一维火焰，并且对冲火焰的火焰区停留时间也较为容易调节，因此对冲火焰的研究越来越多。本文选择对冲火焰，来研究稳态和非稳态条件下掺氢对碳烟及其前驱体生成的影响。2.1对冲火焰模型图2-1对冲火焰示意图对冲火焰模型如图1所示，燃料与氧化剂分别位于对立的两侧，气流在喷嘴内不断地流动，燃料与氧化剂在两喷嘴间逐渐混合，火焰就在燃料混合区域产生，燃烧反应逐渐而缓慢地进行，这与预混火焰燃料和氧化剂在进气前已经混合有所不同。由于燃料和氧化剂相对喷射，两喷嘴之间会形成一个滞止面（轴向速度为0的位置），滞止面位置由燃料和氧化剂的初始动量通量所决定，若二者的初始动量通量相等，滞止面则位于两喷嘴间中点处，若某一端的动量通量较小，滞止面则会偏向于这一端。对冲火焰一个重要的特点就是火焰为圆盘状，并且是一维的，仅与轴向位置有关。

22第3章对冲火焰二维模型建立及验证一维对冲火焰简化假设是在理想燃烧器（大直径喷嘴）的条件下验证，但是在实际实验中无法一直采用理想的对冲火焰实验装置，例如在特殊的压力与应变率，两相流和采用激光诊断的条件下，采用小喷嘴直径燃烧器更加合适。因此在小直径喷嘴条件下对冲火焰的一维假设是否成立引起了许多研究人员的兴趣。虽然对一维简化理论准确性的研究有很多，但是还没有人研究过修正速度边界条件（加入径向速度梯度）后碳烟生成的区别。本文首先利用laminarSMOKE代码，建立对冲火焰燃烧器的二维网格后，结合之前的研究成果，分析乙烯对冲火焰的火焰位置影响因素以及不同边界条件对燃烧器喷嘴出口速度分布的影响，并且得到两喷嘴实际的出口速度和径向速度梯度，为第四章的仿真计算做准备。3.1对冲燃烧器二维网格建立图3-1对冲燃烧器喷嘴几何形状图3-1为对冲燃烧器喷嘴的几何形状，该燃烧器由上下两个一样的喷嘴组成，燃料和氧化剂位于对立的两侧。由于喷嘴是轴对称的，故对冲燃烧器可以简化成为二维模型，并可以只取对称轴一侧的图形，几何模型面积的减半必然会使网格数量至少减少一半，因此可以极大地节省计算资源和计算时间。为了防止二

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3130400