天然气预混催化燃烧的特性

制备了1%(质量比)Pd/Al_2O_3陶瓷蜂窝催化剂,并用钡、镧、铈等氧化物对其进行改性,然后负载在堇青石载体上,并进行天然气预混催化燃烧实验。研究了空燃比、功率对催化燃烧尾气排放的影响,结果表明,催化燃烧温度在500～900℃时,空燃比、气体流速都会对催化燃烧效果产生影响;当空燃比在8.3～19时,可实现稳定催化燃烧;空燃比在11～19时催化燃烧效果较好,尾气中CO几乎为零,HC低于10~(-5),NO_x低于5×10~(-6)。     

预混天然气催化燃烧特性

将含有钯、镧、锶、钴和锰的催化剂加载在鄞青石上进行预混天然气催化燃烧．实验表明,催化燃烧温度范围在600～900℃,过低的温度可能导致熄火,过高的温度可能使催化剂失效．在混合气体中,天然气体积分数为6％～12％,在催化剂中钯含量增至γ-Al2O3质量的0．21％及燃空比为8％时,实现了较好的催化燃烧（排放较少）．实验同时证实,在较短的催化载体内,催化燃烧效果较好,载体表面温度较低;在较长的载体内,载体表面温度较高,NOx排放增加．同时,分析了载体内传热传质特性．     

天然气/氢气燃烧特性研究

在定容燃烧弹中研究了不同氢气掺混比例、燃空当量比和初始压力下的大然气／氢气混合气的燃烧特性,建立了适合用于容弹计算的准维双区模型。研究结果表明：在各种当量比和初始压力下,随着掺氢比例的增加,混合气的质量燃烧速率明显增加,燃烧持续期和火焰发展期娃著缩短。随着掺氢比例的增加,短的燃烧持续期所对应的当量比范围变宽,稀混合气和浓混合气条件下天然气掺氢对火焰发展期缩短的效果更明显。化学计量比附近（1．0—1．1）掺氢燃烧对燃烧最大压力值影响不大,浓混合气（燃空当量比大于1．1）和稀混合气燃烧时,随着掺氢比例的增加,最大燃烧压力值增加。     

天然气燃烧特性与NOx排放特性数学模拟

采用详细化学反应机理并运用良好搅拌反应器模型,通过化学反应动力学模型的数值计算,就典型的4种天然气组分进行了多种工况下的燃烧特性与NOx排放特性研究.计算结果表明：助燃剂中氧含量对着火时间非常敏感,氧含量较高,着火时间提前;低氧和富燃燃烧方式均可减少NOx排放.     

燃气轮机燃烧室天然气掺氢的燃烧特性研究

为了研究某型号燃气轮机天然气燃料中掺混不同比例氢气的燃烧特性,采用Chemkin软件的PREMIX模型对一维层流预混火焰、GRI-Mech 3.0机理进行数值计算,分析不同比例天然气掺氢混合燃料的绝热火焰温度、层流预混火焰传播速度和点火延迟时间等燃烧特性参数及其随当量比、压力和温度的变化规律,得到不同比例掺氢燃料的燃烧特性。结果显示：随着掺氢比例的提高,燃料燃烧特性参数的变化速率加快,氢气含量低于20%时,参数变化相对缓和,设计鲁棒性较好的燃烧室可以直接更换燃料;氢气含量为20%～60%时,参数变化程度加剧,需要进行燃料适应性改造;氢气含量超过60%时,需要进行综合评估;燃料氢气含量从80%提高至纯氢将面临巨大挑战。     

柴油、天然气双燃料发动机的燃烧特性分析

研究了柴油,天然气双燃料发动机的燃烧特性,并着重分析了引燃柴油供给系统参数对双燃料发支持性的影响。以试验为基础,首先简要比较了柴油,天然气双燃料发动机与柴油机的燃烧特性,并对比了负荷对双燃料发动机燃烧特性的影响。然后分析了最小循环喷油量,引燃柴油量,引燃油喷射压力,喷嘴参数及供油提前角等引燃柴油供给系统参数对最高爆发压力,燃烧放热率,着火开始时间、累积燃烧放热率等柴油,天然气双燃料发动机燃烧特性的     

预混燃烧混合器流动特性研究

对一种用于预混燃烧的空气引射燃气型混合器的流动特性进行研究,通过分析混合器基本公式来确定在满足一定混合器背压条件下选配风机所需的最小压力及其影响因素.利用计算流体力学(CFD)软件进行数值计算,得到混合器内部流场的压力分布及速度分布,同时得到了混合器中心轴线上压力及速度的变化曲线以及混合器出口处燃气的摩尔浓度分布.提出了混合器出口背压与所需风机的最小压头之间的关系式可以用于预混燃烧器风机的选取;另外,利用数值计算的手段对混合器流动特性进行研究,这对预混燃烧混合器的设计有着重要的参考借鉴意义.     

预混点燃式天然气发动机燃烧过程CFD研究(二)

采用AVL三维CFD软件FIRE对一台预混点燃式天然气发动机的燃烧过程进行了CFD研究。通过模拟仿真得到了发动机缸内气体的压力场、流场、温度场及湍动能等信息,并详细分析了压缩及燃烧过程气体的流动、温度的分布以及湍动能对火焰传播的影响。在此基础上对点火提前角、燃空当量比对燃烧过程的影响进行了模拟研究,为该天然气发动机燃烧过程的设计优化提供了理论性指导。     

预混点燃式天然气发动机燃烧过程CFD研究(一)

采用AVL三维CFD软件FIRE对一台预混点燃式天然气发动机的燃烧过程进行了CFD研究。通过模拟仿真得到了发动机缸内气体的压力场、流场、温度场及湍动能等信息,并详细分析了压缩及燃烧过程气体的流动、温度的分布以及湍动能对火焰传播的影响。在此基础上对点火提前角、燃空当量比对燃烧过程的影响进行了模拟研究,为该天然气发动机燃烧过程的设计优化提供了理论性指导。     

天然气炭黑燃烧特性的热天平研究

利用热重分析天平对天然气扩散火炬中直接取样得到的炭黑的燃烧性能进行了研究,并选用了蜡烛炭黑、4种商业炭黑以及一种无烟煤焦炭作为对比。基于试验结果确定了燃烧动力学特性参数,并分析了它的燃烧特性。天然气扩散火焰中生成的炭黑具有着火相对容易、着火温度较低（与煤焦或挥发份较低的煤比）、前期燃烧较弱、后期燃烧较缓慢、燃尽时间较长等燃烧特性。这些结果为利用天然气燃烧过程的炭黑生成强化火焰辐射特性并进行有效控制提供了依据。     

稀燃点燃式天然气发动机的燃烧特性

通过对一台6102型稀燃点燃式天然气发动机在不同混合气浓度和不同点火提前角下的燃烧特性进行试验,深入分析了点火提前角和混合气浓度对天然气发动机燃烧特性的影响.结果表明,当进气压力和转速一定时,随着混合气变稀,NO_x排放降低,但输出转矩有减小趋势,耗气率升高且燃烧稳定性变差;适当增大点火提前角,可以使输出转矩增大,耗气率降低,提高燃烧稳定性,但NO_x排放会有所增加.因而需综合考虑动力性、经济性和排放来选择最佳的混合气浓度和点火提前角.找出了在满足动力性、经济性和排放的特定工况点的适宜浓度和点火提前角范围,为进一步标定全工况下的MAP图也提供了参考依据.     

湍流射流点火对天然气发动机燃烧特性影响的试验研究

湍流射流点火（Turbulent Jet Ignition,TJI）是一种有效的燃烧增强技术,可提供更高的点火能量,使发动机稳定着火,且可以提高燃烧压力和燃烧速率,缩短燃烧持续期,是实现发动机稀薄燃烧的有效手段。基于一台带有预燃室的点燃式单缸试验机,开展了TJI模式下天然气发动机性能的试验研究。首先,研究了不同过量空气系数下TJI对天然气发动机动力性能、排放性能及燃烧特性的影响,并与火花塞点火（Spark Ignition,SI）模式进行对比;其次,在稀燃条件下分别探究了进气增压和预燃室喷氢对天然气发动机动力性、经济性及燃烧过程的优化作用。结果表明：TJI的使用可有效拓展天然气发动机的稀燃极限,且燃烧滞燃期和燃烧持续期均更短,放热率更高;过量空气系数1.5为甲烷TJI最佳稀燃工况,此时燃油消耗率最低,且可实现氮氧化物近零排放;此外,采用进气增压的方式可以提高TJI发动机在高负荷下的经济性;TJI模式下,相较于预燃室喷甲烷,预燃室喷氢气可进一步缩短滞燃期和燃烧持续期,提高放热率,达到提升TJI性能的效果。     

天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧启动特性

针对天然气在渐变型多孔介质燃烧器中的点火启动过程进行了试验研究,通过监测燃烧器壁面或气体温度在点火后的变化,得到了影响启动时间的因素及特性,对特定的燃烧器而言,启动时间与预混气体当量比、流速以及点火位置有关,在冷态下点火,随着当量比接近理论当量比,启动时间减小;混合气体流速增大,启动时间增大;点火位置从燃烧器外移到燃烧器人口时,启动时间可大大缩小,采用小流速、近理论当量比条件下点火,对多孔介质层预热,有利于火焰迅速向上游移动,然后再调整到需求当量比或流速,可以大大减小燃烧器启动时间,采用孔径变化率高的渐变型多孔介质结构,也可以达到缩短启动时间的目的。     

天然气发动机混合气形成与燃烧特点及性能评述

本文根据天然气发动机混合气的形成特点,把天然气发动机分为预混合燃烧型和非均质扩散燃烧型,并分析了这两种天然气发动机的技术特点、燃烧特点与排放等性能。本文重点介绍了实现非均质扩散燃烧的不同型式高压缸内直喷天然气发动机技术及其性能特点,最后提出非均质扩散燃烧天然气发动机技术需要研究的相关问题。     

不同喷射时刻缸内直喷天然气燃烧特性

利用快速压缩装置研究不同喷射沓刻缸内直喷天然气燃烧特性。结果表明，天然气直喷燃烧可实现快速燃烧，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可明显缩短燃烧期。与均匀混合气燃烧相比，碳氢的排放增加，缩短喷射时刻与点火时刻的时间差可达到均匀混合气燃烧时相同的排放量。在很宽的当量比范围内，NOx增加，而CO仍维持很低数值，且不受喷射时刻的影响，直喷天然气燃烧可实现较高的压力升高值，且其数值不受喷射时刻的影响，所达到的高燃烧效率也不受喷射时刻的影响。     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH₄排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH₄排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。     

直喷天然气发动机燃烧效率分析

利用快速压缩装置对直喷天然气发动机的效率进行了分析。在宽广的当量比范围内，分析了三种燃料喷射方式下和均匀混合气燃烧时的燃烧效率。结果表明，燃油喷射方式下的燃烧效率在0．2－0．9当量比范围内均具有较高的数值并与喷射方式无关；在当量比小于0．2和大于0．9时，由于CO的原因，使燃烧效率降低。均匀混合气燃烧时，燃烧效率在当量比大于0．7时较高，而当量比小于0．7时，由于很高的未燃甲烷的生成使燃烧效率损失较大。燃料喷射燃烧与均匀混合气燃烧相比，维持高燃烧的比范围宽。因未燃甲烷的生成造成的燃烧效率的损失与喷油时刻无关，因CO造成的燃烧效率的损失随喷油滞后而增加。