不同侧预混对甲醇/二甲醚对冲火焰燃烧特性及NO生成的影响研究
发布时间：2021-10-21 04:17
随着我国汽车行业快速发展,引起了一系列能源短缺和污染排放加剧的问题,寻求更高效、清洁的替代燃料已是当前经济发展的需要。醇醚二元燃料作为传统化石燃料和燃烧添加剂已成为广泛研究的焦点,目前关于醇醚燃料的组合应用基础研究较少,有必要开展醇醚二元组合燃料的燃烧技术。本研究利用部分预混对冲火焰,从燃烧学的角度结合化反应动力学,分析了不同侧预混对冲火焰燃烧特性和NO排放指标,希望借此完善醇醚掺混燃烧的理论基础研究。本文基于大型气相动力学软件CHEMKIN中的OPPDIF模块对对冲火焰模拟,通过求解不同侧预混层流火焰模型,研究了单侧预混对甲醇/二甲醚对冲火焰燃烧特性和NO生成分析。研究将预混甲醇与二甲醚对冲火焰定义为A系列火焰,将预混二甲醚与甲醇对冲火焰定义为B系列火焰。分析了A系列火焰和B系列火焰的最大火焰温度、基本火焰结构、放热率分析、燃料及关键自由基浓度分布、燃烧过程中NO的生成机理等为基础研究提供了理论数据。研究结果发现:无论哪种火焰模式都随着预混当量比增加,火焰均由单火焰结构向双火焰结构转变,这种特征随预混当量比增大而愈显著。火焰最大温度呈上升趋势,火焰放热率在非预混区和预混区都呈不同程度...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CHEMKIN软件的计算流程框图
图2.1所示为所选用的对冲火焰物理模型简图。采用轴对称、两喷嘴间隔一定距离且对置状态的对冲扩散火焰结构,燃料和氧化剂分别从同步的喷嘴喷入,在两个燃烧器之间形成一个稳定的轴对称扩散火焰。层流对冲火焰的一个重要特点是整个火焰面是一个定x值的平面,因而沿x方向的反应标量(温度和组分浓度)的分布与r无关,也就是说这种火焰是准一维的。甲醇或二甲醚逆向燃料射流,某一侧添加足量空气,实现燃气单侧预混(当量比小于1.0),然后分别从两完全相同、相向布置的喷嘴喷出,并在中间某位置滞止,形成滞止面(Stagnation Plane,SP)后沿径向展开。对冲燃气着火后就形成空气侧部分预混对冲火焰结构,其包括两个火焰反应区,即为在靠近预混燃气侧的稀预混火焰反应区,和靠近纯燃料射流侧的扩散火焰反应区。2.4 部分预混对冲火焰的数学模型
图3.1(c)和3.1(d)示出了甲醇非预混火焰B1和二甲醚侧预混的对冲火焰B1**的火焰结构。从图中可以看出,B1与B1**之间的火焰结构差异就如同A1与A1**相似。B1**和A1**对冲的燃气组成相反,但具有相同火焰拉升率和相同预混当量比,火焰峰值温度差异基本可算是它们间最明显的区别(详见表1)。以甲醇为预混燃料的对冲火焰最大火焰温度约为2152K,而以二甲醚为预混燃料的对冲火焰温度为2126K。甲醇预混的火焰温度相对略高,原因在于相同的预混当量比下,A1**火焰的预混甲醇量大于B1**中预混的二甲醚量,A1**中预混燃料的燃烧热值大使得其预混火焰温度高,部分预混火焰内双反应区的相互作用,使得部分预混火焰A1**、B1**的峰值温度也分别比A1和B1的高。图3.2(a)和(b)比较了相同高拉伸率αs=350s-1下的二甲醚与甲醇部分预混对冲火焰A2**和甲醇与部分预混二甲醚对冲火焰在氧化剂端部分预混当量比为0.4时,火焰的温度分布和主要自由基的浓度分布曲线。从上图可以得到:与低火焰拉伸率下的火焰结构相比,其主要中间产物的自由基浓度分布、温度分布曲线分布趋势一致,唯一的区别是最大火焰温度比低火焰拉升率下的低。以甲醇为预混燃料的对冲火焰最大火焰温度约为2069K,而以二甲醚为预混燃料的对冲火焰温度为2012K,温度降低的主要原因是高火焰拉伸率使得火焰进气流速增大,造成火焰局部不稳定和混合不均匀,导致火焰温度降低。另外,与低火焰拉伸率相比,火焰中物质和温度的分布区间缩小,因此高火焰拉伸率使得部分预混火焰的非预混区和稀预混区存在合并的趋势。
本文编号：3448223
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CHEMKIN软件的计算流程框图
图2.1所示为所选用的对冲火焰物理模型简图。采用轴对称、两喷嘴间隔一定距离且对置状态的对冲扩散火焰结构,燃料和氧化剂分别从同步的喷嘴喷入,在两个燃烧器之间形成一个稳定的轴对称扩散火焰。层流对冲火焰的一个重要特点是整个火焰面是一个定x值的平面,因而沿x方向的反应标量(温度和组分浓度)的分布与r无关,也就是说这种火焰是准一维的。甲醇或二甲醚逆向燃料射流,某一侧添加足量空气,实现燃气单侧预混(当量比小于1.0),然后分别从两完全相同、相向布置的喷嘴喷出,并在中间某位置滞止,形成滞止面(Stagnation Plane,SP)后沿径向展开。对冲燃气着火后就形成空气侧部分预混对冲火焰结构,其包括两个火焰反应区,即为在靠近预混燃气侧的稀预混火焰反应区,和靠近纯燃料射流侧的扩散火焰反应区。2.4 部分预混对冲火焰的数学模型
图3.1(c)和3.1(d)示出了甲醇非预混火焰B1和二甲醚侧预混的对冲火焰B1**的火焰结构。从图中可以看出,B1与B1**之间的火焰结构差异就如同A1与A1**相似。B1**和A1**对冲的燃气组成相反,但具有相同火焰拉升率和相同预混当量比,火焰峰值温度差异基本可算是它们间最明显的区别(详见表1)。以甲醇为预混燃料的对冲火焰最大火焰温度约为2152K,而以二甲醚为预混燃料的对冲火焰温度为2126K。甲醇预混的火焰温度相对略高,原因在于相同的预混当量比下,A1**火焰的预混甲醇量大于B1**中预混的二甲醚量,A1**中预混燃料的燃烧热值大使得其预混火焰温度高,部分预混火焰内双反应区的相互作用,使得部分预混火焰A1**、B1**的峰值温度也分别比A1和B1的高。图3.2(a)和(b)比较了相同高拉伸率αs=350s-1下的二甲醚与甲醇部分预混对冲火焰A2**和甲醇与部分预混二甲醚对冲火焰在氧化剂端部分预混当量比为0.4时,火焰的温度分布和主要自由基的浓度分布曲线。从上图可以得到:与低火焰拉伸率下的火焰结构相比,其主要中间产物的自由基浓度分布、温度分布曲线分布趋势一致,唯一的区别是最大火焰温度比低火焰拉升率下的低。以甲醇为预混燃料的对冲火焰最大火焰温度约为2069K,而以二甲醚为预混燃料的对冲火焰温度为2012K,温度降低的主要原因是高火焰拉伸率使得火焰进气流速增大,造成火焰局部不稳定和混合不均匀,导致火焰温度降低。另外,与低火焰拉伸率相比,火焰中物质和温度的分布区间缩小,因此高火焰拉伸率使得部分预混火焰的非预混区和稀预混区存在合并的趋势。
本文编号：3448223
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