氢气和稀释气体对甲烷/空气预混火焰稳定燃烧特性的影响规律研究

【摘要】：基于本生灯火焰测试，本文研究了甲烷/空气层流预混火焰的稳定特性随燃气当量比和燃烧器参数的变化关系，获得了与他人先前测试基本吻合的数据结果。研究重点测试了掺混氢气以及惰性气体N2、CO2对CH4/Air层流预混火焰稳定燃烧特性的影响。 本论文得到如下结论： 在当量比研究范围内，CH4/Air预混气体层流火焰脱火极限随着当量比的增大而不断增大，并且随着燃烧器尺寸的增大脱火极限不断减小；回火极限随着当量比的增大呈现“抛物线”形变化，最大值出现在当量比为1附近，然后随着混合气的变浓变稀，回火极限都呈现变小的趋势，同时随着燃烧器尺寸的增大回火极限也是不断减小。本文还将CH4/Air预混气体火焰极限研究结果与已有文献数据进行了对比校核，证明了本文研究的合理性。 在CH4/Air预混火焰极限的研究基础上进一步讨论了掺混H2对CH4/Air预混气体的火焰极限的影响规律，结果表明：在掺混H2后CH4/Air预混气体火焰脱火极限及回火极限均呈现不同程度的增大，并且掺混比例越大极限增长越明显；实验还通过特定当量比的选取研究了掺混氢气后火焰极限的增长率，得出了在用临界速度梯度表征时，掺氢率对混合气体火焰的脱火及回火极限的影响可近似总结为线性关系，燃烧器尺寸越大火焰极限的增长率越小，当量比基本上对该线性增加率的无影响，此结论表明在CH4/Air预混气体中掺混H2后火焰极限在小尺寸管径中增长更加明显。由于氢气较强的扩散能力，火焰极限参数用临界速度梯度表征时，随着燃气掺氢比的增大，混合气体火焰的稳定区间有变宽的趋势。 当掺混N2时，CH4/Air预混气体火焰脱火极限及回火极限都减小，且随着惰性气体掺混比例增大火焰极限不断减小。当掺混CO2时，CH4/Air预混气体火焰脱火极限及回火极限也减小，变化规律也是随着掺混比例增大火焰极限不断减小。这是因为CO2具有更低的温度和更小的导热系数，导致混合火焰层流传播速度减小的更快，导致CO2的掺混对于CH4/Air预混气体火焰脱火极限及回火极限的影响比N2要大得多，即掺混CO2时得出的火焰极限数值更小。 本文最后从N2和CO2自身性质的不同解释了CO2比N2对火焰极限影响更大的原因，并讨论了影响火焰极限的其他原因，并且对层流火焰燃烧速度影响因素做了重点介绍。 【关键词】：本生火焰 预混气体 脱火极限 回火极限 惰性气体
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.21
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 论文研究背景8-11
• 1.2 甲烷燃气的性质和特点11-12
• 1.3 甲烷燃烧研究的相关进展12-13
• 1.4 掺氢甲烷燃烧简介及进展13-15
• 1.5 掺惰性气体甲烷燃烧简介及进展15-17
• 1.6 论文研究意义17-18
• 2 实验系统构建18-27
• 2.1 实验原理18-19
• 2.2 实验装置选型19-22
• 2.2.1 空气压缩机19-20
• 2.2.2 本生灯燃烧器20-21
• 2.2.3 混合室21
• 2.2.4 流量计21-22
• 2.3 实验步骤22
• 2.4 本文相关燃烧理论介绍22-27
• 2.4.1 化学当量比22-23
• 2.4.2 层流预混火焰特性23-25
• 2.4.3 回火和脱火25
• 2.4.4 边界速度梯度25-27
• 3 甲烷/空气预混火焰的稳定性研究27-36
• 3.1 甲烷燃烧的化学动力学机理27
• 3.2 CH_4/AIR 预混火焰极限的研究27-35
• 3.2.1 CH_4/AIR 预混气体火焰极限随管径及当量比变化关系30-32
• 3.2.2 不同管径对 CH4/AIR 火焰燃烧稳定区间的影响32
• 3.2.3 CH4/AIR 火焰极限的校核32-35
• 3.3 本章小结35-36
• 4 掺氢甲烷燃烧火焰的稳定性研究36-46
• 4.1 掺氢甲烷火焰燃烧极限的稳定性规律探究36-44
• 4.1.1 掺氢对 CH4/AIR 混合气火焰稳定区间的影响36-37
• 4.1.2 掺氢对 CH4/AIR 混合气火焰极限的影响规律37-41
• 4.1.3 管径对 CH4/AIR/H2混合气火焰极限的影响规律41-44
• 4.2 本章小结44-46
• 5 稀释气体对甲烷/空气预混火焰稳定性研究46-54
• 5.1 稀释气体对甲烷/空气预混火焰影响规律探究46-52
• 5.1.1 稀释气体掺混对火焰极限气体流量的影响46-47
• 5.1.2 稀释气体掺混不同燃烧器尺寸对火焰极限的影响47-49
• 5.1.3 掺混 N2和 CO2火焰极限速率变化规律49-52
• 5.2 稀释气体对甲烷/空气预混火焰燃烧的影响机理52-53
• 5.3 本章小结53-54
• 6 总结与展望54-56
• 6.1 本文研究的总结54-55
• 6.2 课题展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-63
• 附录63
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录63

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