ＣＨ４／Ｈ２混合气在Ｏ２／ＣＯ２气氛下层流火焰传播速度的实验研究.doc

该【ＣＨ４／Ｈ２混合气在Ｏ２／ＣＯ２气氛下层流火焰传播速度的实验研究 】是由【小健】上传分享，文档一共【5】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【ＣＨ４／Ｈ２混合气在Ｏ２／ＣＯ２气氛下层流火焰传播速度的实验研究 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。CH4/H2混合气在02/co2气氛下层流火焰传播速度的实验研究,线鎏王机峰徐朴方胡资忠(东北大学)?S运用本生灯法,对常般穿技卜.(25T、^Pb)的CH./Hj/CVCA的用I火焰传■建度遂行实■?算BIIB,体CJ流火邮■?Xr主要研究了化学当■比(-14).■,体贝分ft(30%、35%、40%)、K/体次分敷(0%-40%)财火焰佬播速度的影响规桶;靖果表明:CH</H,/(VCO,tA合,的火婚侍播谭度陶肃化学当■比的增加先增大S降低,化学当It比在1-■速度取得最大值;层成火格传播速度mny体租分敷的增大胡增大,增长率也呈增长惫势】腰浅大婚传播速度隧君氧,体税分敏增大而增大。美?■ 季化厦MH甲烷火烙樗播速度本生灯文献株识■:A 文章籍号:10011617(2020)03002904CombustioncharacteristicsofCI^/HjpremizedlaminarflameinO2/CO2atmospherebyBansenlampmethodDaiLiuWangKaifengXuPidingHuXianzhon^(NortheasternUnivmity)AbstractTheUmmar(laneprapa^ttionrcioatyofCH,ZH^/Oj/CO,pranu村atroomtcapfraturrandpreMure(23T,lafin)wascxperimenuD^ttudtedbyusi>-narfhmcpropA^Biionvelocityofprenixguwa?calculatedwith&1Eareamethodbaeedoaflameim-Hieefierteofeberaiedequirakncrration(-)tosygengfractions(30%.33%.40%).andhydrogenpnfractixm(0%-40%)unfhuaepropa((al>*?howthatthe(UmoprupagBlMWivelocityoflheQI^/IIj/Oj/caoratio,1K?(Umepropa^BlionwlocilyrmcImmithemui*.*H>elaminarflamepropagaltonepeedincreMeawiththeincreMingoxygenvolumefraction,andtbegrowthralei?alsoonlhenw;,IWImnarfUimrpropa^bon?pmdincrmaeBwiththeinrraaainghydrogmTutoafractionKrywordicarbondioxidehydrosmetkaneflamepropay(ahooapeedBuhmuiburnerocyfuelcxMobuBtuxi0,/co,燃烧技术能蜉大is降低co,的捕集成本,同时具有节约能源、降低污染物排放等优?国家niB科学务金(51706037).中国博上后科学基金(2018M630300)收WnjU:2019-U04??(1999 ),本科生U10819H宁?ttlR市,盅讯作者:胡贤凯■如M-iB?il:,具有广■的发展前景。与空,拜境下的传统燧烧方式相比,使用co,取代空y气氛下的N,作为看彝气体m,能停提高烟气中co,的浓度,降低co,的分高和回收成本,厦少81室气体地排放。由于空气(以N,为主)和CO,在比瓣容、质最、,燃料在空气和O2/CO3气筑卜?的燃烧行为和火焰特性会发生导著变化2<c层流火焰速度是燃料气体的基本火焰特征,也是理燃烧过At和污染物牛成机理的基础数据,HHi要的研究意义圈看我国工业化的深入推进,。以天然气、沼气为首的生物质气等替代能源的开发利用魅来道受到人们的重视。,为主耍成分的混合气体廖料在O’/CQ气氛F富轼燃烧的研充偏少。Huang’n等人研究「常ifl常压条件下天然气/抵气/空气混合气在定容燃烧押内的层流火焰燃烧速度和马克斯坦长度。结果表明,,火焰的稳定性下降MolmmedA°等人实验对比了非预混CH,火焰在CO,稀释条件(0/C0,)和翅气稀择条件(0/N,)。随着氧3量的增加,,Cop-pen8V1等人对CH/H/CO/O,〈。Alman-surB’s等人使用球精燃烧室研究『以CO,作为稀释剂的CH/O,气休的磐火和火焰传播,观察了CO,比例对燃烧行为的影响:随?CO,比例的增加,层流火焰传搭速度降低。由丁甲烷火焰传播速度较慢,需要捧人氧气以提商燃烧反应速率'现,,关于ciL/虬混合气在O./CO,气氛卜的星源火焰速度的基础实验数据仍然不够全面。层流火焰修播速度等城烧基硼签数的缺失将会影响燃烧器等相关设备的JF发,也小利于使用人然气捧里燃料应用仇/C4燃烧技术。所以文章以CH./H,,/co2气氛卜化学当蚯比、复'(体积分数和狙弋体积分数对屎流火焰传播速度的影响规律,所俱的关于房流火焰传播速度的实监纳梁为富级燃烧技术地推广和应用提供r基外散据。I实验装■和方法实梨装置如图1所示,免个实囊系统土要小气瓶、阀门、质恒浪水箱,本生灯燃烧器和单反数码相机纽成。气体CHt<,由气瓶提供,%。:ffi混气“(仕能?01))进行采集,混合气体的流仗由成崎流收计()、500、I,2,、10和12mm的不镌钢管作为本生灯灯管。<550倍的要求,以保证预混气的流动状态为层流。nnS1实脸装JL示念图实淼基「火焰图像来开算抿合气的层流火焰传播速度,计算式如下:St=Q/At (1)式中:6为饱混气休的层流火焰传播速KGO为JWR,;出为火焰面面积。忌体积流鼠由质量流量计读取,火焰面面积从采集到的火始图片中进行计算文歌使用全面以法对火焰图像中的火焰面进行捕发和计算。编制Mallab代码对火焰图片进行灰度转换,,通过代码提取出火焰图像的最亮点,怯后用最小二乘法拟合出火焰边缘的轮廊。。,的比例a定义为:(2)实验的测St误若主要来源于三个方面:质量流敏计的精度造成的囿有误於:C,,%;使用MAHAH代玛计算火焰而而积时产生的误差G”约为5%;,温度对火焰速度的影响所造成的俯差C,最大不超过I%。则总误落C的计算公式为:。=出+?+《=%(3)3结果和讨论31化学当R比对火焰传播速度的影响图2中的四倡图衣示的是楼钗比例分别为0,/CO,混合'(的层流火焰传播速度随化学当irf比的变化燃扑(25Y,,Pa),由图<4见,在不的的工况下,层流火焰传播速度随着化学当里比的变化规律相同,-。Cop/睥F等人在使用绝?CH4/H,/COi/-“°】,,(),同时火焰速Mt峰值在富燃料区主费原因是,“断掉,燃烧反应进行最为顺利:嘏/倬费分敷?40%■35%■(b)tf-20H?40%35%430%??aM>%.?,??..W35....■?*?..▲▲??A.▲.▲■A<%、20%、30%和40%条件下,CH,/%/%时与40%时相比,富燃钊65(Oa-KWi “,%?40%$5. * ?3$%5S? >35%? =30%■.?.击25??...A1515A ? . , ■5 /(),/COJ层浪火*8件藉速度S4当量比的变化规律氢气体积分数/%5WE955432-、翅国寒犁耍-K50和贫燃侧的火焰速度下降趋势更为平级。与贫燃区相比,富燃区的火焰传播速度下降地更为剧烈。在富燃区。自由基浓度被稀释后链式反应受到的阻碍比贫燃区的更大。0自由基和011日由基在燃烧反应中所起作用最大,所以富燃区的速度降低更为显著。,在不同当量比、不同狙气体积分数下,层流火焰传播速度随氧气体积分数的变化规律一致。抵气休积分数相同,当泉比不变的情况下,火焰传播速度随君氧气体积分数增大而增大。氧气体积分数为30%~35%和35%~40%这两个区间,后者?火焰速度增长幅度史大。呈现这种变化规律的主要原因是:混合气预混气体中一氧化碳的比例远大于其余三种气体,因此―氧化碳的体积分数变化会很大程度地影响火焰燃烧特性。随着氧气体积分数增大,一氧化碳体积分数减小,由于氧气的辐射换热效应和比热容都比二氧化碳的小,混合气的辐射换热效应和比热容会不断降低,并旦在氧■休积分数增大的过程中,高能0自由基和0H自由基浓度增大,增加了其碰撞机率,链式反应速度明显提升。在此消彼长的情况下,火焰传播速度呈现出II:线性增长的规律:拦。二氧化碳和空气(以笔为主)相比,二氧化碳的比热容较大,同等浓度下在燃烧反应中会吸收大量热量。随若氧气体积分数的升高,二氧化碳体积分数降低,氧气体积分数对层流火焰传播速度的影响更加明显,(掺氢比例)对火焰传播速度的影响由图2可知,在常温常压(25T,'Pa)、不同当量比R火焰传播速度随氢气体积分数的增加而增加。这是因为氢气参与反应使得H自由基的浓度增加;同时氢气参与燃烧,相对来说提高了反应的燃烧温度,使得火焰传播速度随若疑气体积分数的增大而增大。当蛾比在1时,燃料完全燃烧,角气对火焰传播速度的影响更为显著。图3给出r在不同轼浓度和不同化学当■比条件下,层流火焰传播速度随皱气体积分数的变化规律。由图可知,筑气体积分数从0%逐渐增大至40%,火焰传播速度近似呈线性变化,增长趋势缓慢。CH4/H2/O/CO2混合气在相同氧气体积分数R层流火焰传播速度随氢气体积分数的变化曲线斜率儿乎不变,说明当量比对层流火焰传播速度变化率的影响并不明显。KonnovAA等人S和张勇等人UM在研究H,/H/Air混合气层流燃烧速度的变化规律时,得到了类似的结论。无论是在O2/CO2气氛下还姑在空气气氛下,纸气体积分数对层流火焰传播速度的影响规律是一致的。氧气浓度(体积分数)的增加会直接等比例增加H和OH基的浓度,促使链式化学反应进行得更剧烈。所以,混合气的层流火焰速度会随君翅气体积分数的增加而近似呈现线性增长。65图3层流火焰传播速度随氢气体积分教的变化规律4结论文章采用本生灯燃烧器实验研究了化学光量比、氧气体积分数和氢气体积分数对CH4/H2/O2/CO2混合气的层流火焰传播速度的影响规律。CH4/H2/CO2/~。CH4/H2/CO2/O2混合气的火焰传播速度随着氧气体积分数增大而增大,火焰传播速度增长率也呈逐渐增大的趋势。在低掺氢条件下(0%<a<40%),混合气层流火焰传播速度随者氧气体积分数增加而缓慢增加,两老呈线性关系°(下转第64页)(上接第32页)参寿文献刘彦,张少华,[,2013,(6):,CHKim,[J].CombustionandFlame,2005,143(1):79-,吕宏伟,[J].化工机械,2011,38(3):260-,陈奥,[】].热能动力工程,2012,27(2):]ZuohuaHuang,YongZhang,[bustionandFlame,2006,146(1):302311.[6]MohamedAHabib,-premixedmethaneflamesindifferentoxidizingenvironmentsofagasturbustor[J].AppliedEnergy,2017,189:177-,KonnovAA.*n?eefTncteofmrichmentbyH2onpropagationRpmdftinadiabaticflatandcellularpremixedflamesofCH4+0,+C02[J],Fuel,2008,87(13):,ThompsonL,ture*dilutedwithCO^[J].JournalofEnergyResourcesTechnology,2015,138(3):032201-,白小磊,[J].兵工学报,2011,32(2),230-*.嫩烧学导论:概念与应用[M].北京:清华大学出版社,2009:,于庆波,泰勤?CH4/Oa/CO2J2流预混火焰传播速度实验研究[J].东北大学学报(自然科学版),2013,34(11):,DakovIV,-carbondioxidemixtures[J].CombustionScienceandTechnology,:-氧气-空气混合气的层流燃烧速度测定[J].内燃机学报,2006,24(2):