缸内直喷不同CH4/N2配比的混合燃料发动机掺氢燃烧负荷特性试验研究

在一台改装的单缸气体发动机上进行缸内直喷不同CH4/N2配比的混合燃料发动机掺氢燃烧负荷特性的试验,研究不同负荷下混合燃料中掺氢比和掺氮比对发动机动力性、排放性以及经济性的影响。研究结果表明,当混合气体燃料中氮气体积分数不同时,不同负荷区域,掺入氢气对缸内最大爆发压力影响不同。结果显示,掺氮25%燃料CO排放较掺氮15%的明显增大,且当不掺氢时,增长近30%,并且掺氢对减小HC排放有利,但氢气对不同氮气比燃料CO排放与NOx排放影响不同,对于掺氮15%燃料,掺氢10%后,CO排放升高,NOx排放降低,而对于掺氮25%燃料掺氢后CO排放降低,NOx排放升高。另外,随着负荷增大,有效燃气消耗率呈逐渐减小的趋势,而且掺氢有利于热效率的提高。     

正庚烷低压预混燃烧火焰中间产物生成特性分析

采用数值模拟的方法研究正庚烷低压预混层流燃烧火焰,分析了正庚烷化学反应路径及燃烧产物,考察了OH,O,H自由基的摩尔分数变化,比较了火焰中同类烷烃、烯烃和炔烃摩尔分数,通过C2H4的敏感性分析探讨了燃烧火焰中烯烃生成和消耗路径。结果表明:随火焰高度的增加,H2O、CO和CO2摩尔分数增大,火焰高度1.3cm以后,CO的摩尔分数开始下降,对应的CO2摩尔分数迅速增加。OH,O,H自由基摩尔分数的最大量级为10-4~10-3,OH,O,H自由基摩尔分数的迅速增大反映燃烧中间产物的消耗反应较剧烈。正庚烷燃烧火焰烯烃生成较多,C2烯烃摩尔分数的峰值分别是同类烷烃和烯烃的32、85倍,C3烯烃的摩尔分数的峰值是同类炔烃7.2倍。     

掺混甲烷对预混合乙烯火焰碳烟粒径分布的影响

本文以当量比为1.9、模拟最高火焰温度为1727K的乙烯预混火焰为基准,在燃料中分别掺混5%、20%和35%摩尔分数的甲烷,保持当量比和最高火焰温度不变,采用稳定滞止(Burner Stabilized Stagnation,BSS)火焰小孔采样结合扫描电迁移率粒径谱仪(Scanning Mobility Particle Sizer,SMPS)的实验方法,在不同火焰高度上定量测量其生成碳烟颗粒的粒径分布(Particle Size Distribution Function,PSDF),探究掺混甲烷对乙烯预混火焰成烟特性的影响。实验发现,随着甲烷掺混比的增加,生成碳烟颗粒的成核与长大速度越来越小。在所研究的预混火焰工况条件下,乙烯与甲烷在碳烟生成特性方面并不存在协同效应。     

以天然气为燃料的燃气轮机燃烧室燃烧场数值模拟

某燃气轮机以天然气为燃料,对其燃烧室燃烧流场进行数值模拟,得到典型工况的速度场、温度场、CO2分布,总结了燃烧室出口温度不均匀度、燃烧效率的变化规律。结果表明:旋流器的导向作用明显,在火焰筒头部出现了明显的回流区,有利于火焰稳定;随着工况升高,燃烧室出口平均速度增大、CO2质量分数增大,燃烧效率提高;燃烧室出口温度分布均匀,掺混孔的掺混效果较好。     

微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究

进行了微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究。系统运行参数的优化试验结果表明,不同的氢氦配比下,微型同轴脉管制冷机系统的最佳运转频率为15.5～17.2 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。气库小孔阀和双向进气阀均存在最佳开度,在试验系统中气库小孔阀最佳开度为70°,双向进气阀最佳开度为30°。同时,氢氦混合工质的试验结果表明,在其他运行参数不变的情况下,随着氢气摩尔分数的减少,系统最低制冷温度逐渐降低,当氢气摩尔分数小于20%时,系统最低制冷温度接近纯氦水平。在100～120 K温区,氢氦混合工质能提高系统的制冷量,当氢气摩尔分数为20%时,系统制冷量比纯氦时提高了13.5%～16.5%。     

甲烷二次燃烧火焰传播速度的数值模拟研究

二次燃烧是常见热力设备和高速推进燃烧室内的重要现象,但目前对二次燃烧的研究较为匮乏。为了研究当量比、甲烷添加量对二次燃烧自点火火焰传播速度的影响情况,论文利用CHEMKIN软件中火焰速度反应器模拟研究了向不同当量比(0.3~0.9)甲烷/空气一次燃烧产物中添加不同量(摩尔分数0.02~0.24)甲烷时的自点火火焰传播速度。研究表明当量比主要是通过影响尾气温度和一次燃烧产物中富余氧气来影响火焰传播速度,而甲烷添加量会影响二次燃烧时局部当量比,局部当量比在1附近时火焰传播速度最大。     

稀燃天然气掺氢发动机循环变动的试验研究

对火花点火天然气发动机而言,稀燃是提高发动机燃油经济性和降低发动机排放的一种有效途径,但稀燃导致的循环变动是拓宽稀燃极限的一个主要限制因素,在天然气中掺混氢气作为燃料,可解决稀燃工况下循环变动过大的问题。为了研究掺氢对发动机循环变动影响,选取纯天然气和掺氢体积比为20%的天然气掺氢燃料,在6缸进气道喷射增压稀燃天然气发动机上进行不同点火提前角和空燃比工况下的试验研究。通过对缸内压力特性参数、燃烧特性参数以及排放数据的分析,结果表明:掺氢可有效降低发动机最高压力循环变动和平均指示压力循环变动,在稀燃情况下效果更为明显;掺氢可降低火焰发展期和燃烧持续期及其循环变动;在稀燃工况下,掺氢对控制发动机NOx及未燃HC排放有利。     

滑动弧等离子体强化甲烷/空气扩散火焰燃烧研究

为评估滑动弧等离子体对甲烷/空气正扩散火焰的点火助燃效果,采用定常和非定常两种放电模式,保持甲烷流量不变,对不同空气流量、占空比下的甲烷/空气正扩散火焰进行实验测量。实验结果表明:滑动弧等离子体可以增大甲烷/空气正扩散火焰的点火极限,能够点燃熄灭火焰,并使火焰稳定燃烧;在两种放电模式下,将空气流量从5L/min增加到9L/min,火焰高度降低,CH基的生成增加;在非定常模式下,将交流电源放电占空比从10%增加到90%,火焰高度和CH基生成均会增加。     

不同因素对X52管线钢氢渗透行为的影响

采用Devnathan-Stachurski双电解池法研究了在不同酸性气体、溶液pH及温度条件下X52管线钢的氢渗透行为。结果表明:在含不同酸性气体的溶液中,稳态渗氢电流密度由大到小的顺序依次为H2S、H2S/CO2、CO2,氢扩散系数基本不变;稳态渗氢电流密度随溶液pH的增大而减小,氢扩散系数基本不变;随着温度升高,稳态渗氢电流密度随之增大,可扩散氢浓度先减小后增大,氢扩散系数与温度符合Arrhenius方程。     

基于Fluent的预混燃烧分析

随着能源稀缺和环境恶化状况日趋严重,合理选择发动机燃料,合理组织燃料的燃烧,对提高发动机的动力性、经济性具有十分重要的意义。本文分析甲烷-空气预燃混合气及氢气-空气预燃混合气在高温燃烧器内燃烧时的燃烧压力、温度云图和产物分布图等,阐述燃空当量比、初始温度和初始压力对它们的影响,并利用已有试验数据进行了验证。