丙烷-空气-稀释气层流燃烧速率测定

利用高速纹影摄像法和球型发展火焰研究了常温常压下丙烷-空气,丙烷-空气-稀释气预混层流燃烧特性,获得了不同稀释系数(0、10%、20%、30%)和燃空当量比(0.6～2.0)下混合气的层流燃烧速率和马克斯坦长度值,分析了拉伸对火焰传播速率的影响.结果表明:丙烷-空气混合气的无拉伸火焰传播速率和无拉伸层流燃烧率在当星比1.1时达到最大值,随当量比的增加,马克斯坦长度值降低,火焰前锋面不稳定性趋势增加.当量比为1.4时,马克斯坦长度值由正值转为负值.丙烷-空气-稀释气混合气随稀释系数的增加,火焰传播速率和层流燃烧速率降低,在当量比小于1.4时,随稀释系数的增加,马克斯坦长度值增加,火焰前锋面的稳定性趋势增加.有无稀释气时无拉伸层流燃烧速率的比值仅与稀释系数有关并成线性关系而与混合气浓度无关.     

高温高压下掺氢天然气的燃烧特性

在定容燃烧弹内研究了高温(450,K)、高压(0.75,MPa)条件下天然气-氢气-空气混合气的火焰传播过程,获得了不同掺氢比和不同当量比下掺氢天然气的无拉伸层流燃烧速率,并分析了火焰的稳定性。结果表明,高温高压下随着掺氢比的增加,掺氢天然气的燃烧速率增加,且增长速率逐渐加快;马克斯坦长度则随着掺氢比的增加而减小,即火焰的稳定性下降。随着当量比的增加,无拉伸层流燃烧速率呈现先增大后减小的趋势,且最大无拉伸层流燃烧速率所对应当量比的位置随着掺氢比的提高而向浓混合气移动;马克斯坦长度随当量比的增加而增大,即火焰稳定性随当量比的增加而提高。     

稀释气对掺氢天然气层流预混燃烧燃烧速率的影响

在定容燃烧弹内研究了初始压力为0.1 MPa、初始温度为285 K时掺氢天然气-空气-稀释气体混合气层流预混燃烧的火焰传播规律,获得了分别使用氮气和二氧化碳作为稀释气时,在不同掺氢比、稀释度和当量比下的无拉伸层流燃烧速率,并分析了氮气和二氧化碳稀释气对燃烧速率的影响.结果表明:无拉伸层流燃烧速率随着掺氢比的增加而增加,随着稀释度的增加而减小,二氧化碳对燃烧速率的作用强于氮气.     

不同初始压力下掺氢天然气的燃烧特性

在定容燃烧弹内研究了不同初始压力下天然气-氢气-空气混合气的火焰传播规律,得到了不同掺氢比例和初始压力下,不同燃空当量比时混合气的层流燃烧速率,并分析了火焰的稳定性及其影响因素.研究结果表明,随着天然气中掺氢比例的增加,混合气的燃烧速率增加,且增长速率逐渐加快,而马克斯坦长度值则随着掺氢比例的增加而减小,即火焰的稳定性下降.不同初始压力下,随着燃空当量比的增加,马克斯坦长度值在不同掺氢比例下均增加,显示火焰的稳定性增加.无拉伸层流燃烧速率随着初始压力的增加略有减小,且在化学当量比附近,变化的初始压力和掺氢比对无拉伸层流燃烧速率的影响最为明显.     

高温高压下二甲醚—空气预混层流燃烧特性研究

在定容燃烧弹内研究了初始压力为0.5 MPa时,不同初始温度和燃空当量比下二甲醚-空气混合气预混层流火焰的层流燃烧速率和马克斯坦长度,分析了火焰拉伸对火焰传播速率的影响.基于容弹燃烧的双区模型计算了预混层流燃烧的燃烧特性参数.结果表明:随着初始温度的增加,二甲醚-空气预混合气的无拉伸火焰传播速率和无拉伸层流燃烧率增加;对于给定的初始温度,在化学当量比偏浓混合气一侧存在一个层流燃烧速度的峰值;随初始温度和当最比增加,马克斯坦长度值减小,火焰前锋面的不稳定性增加;最大燃烧压力随初始温度的增加而下降,压力升高率随初始温度的增加而降低.     

掺氢对汽油预混燃烧特性的影响

为研究掺氢比和初始压力对汽油层流燃烧特性的影响,在定容燃烧试验系统内对初始温度为400 K,初始压力为0.10 MPa、0.15 MPa和0.20 MPa,掺氢比为0％、5％、25％、50％、75％、100％,当量比在0.7～1.6范围的汽油/H2混合气进行预混层流燃烧特性的试验研究,通过高速纹影图像采集系统记录了混合...     

天然气-氢气-空气混合气火焰传播特性研究

在定容燃烧弹内研究了初始条件为常温常压的灭然气-氢气-空气混合气火焰传播规律,得到了不同掺氢比例和燃空当量比下混合气的层流燃烧速率、质量燃烧流量和马克斯坦长度,结合火焰传播照片,分析了火焰的稳定性并预测了大尺寸火焰稳定性的演变趋势。研究结果表明,随着天然气中掺氢比例的增加,混合气的燃烧速率增加,且增长速率逐渐加快,马克斯坦长度值减小,火焰的稳定性下降。各种掺氢比例下,随当量比的增加,马克斯坦长度值增加,火焰的稳定性增加。掺氢比例高于80％时,随着火焰的传播,其不稳定性将明显增加。     

稀释气对掺氢天然气层流预混燃烧火焰稳定性的影响

在定容燃烧弹内研究了初始压力为0.1 MPa,初始温度为285 K下掺氢天然气-空气-稀释气体混合气的层流火焰传播过程,获得了在不同掺氢比、稀释度和当量比下的Markstein长度,并结合Markstein长度以及纹影图片分析了氮气稀释气和CO2稀释气对火焰稳定性的影响及其异同.研究结果表明,Markstein长度随着掺氢比的增加而减小.Markstein长度随稀释度的变化规律与掺氢天然气的掺氢比和当量比有关.CO2稀释气对火焰稳定性的影响较氮气更为显著.     

乙醇-氢气-空气混合物层流燃烧特性研究

氢气是一种高效的添加剂,可以改善生物质燃料的层流燃烧特性。为研究氢气对乙醇-空气预混层流火焰燃烧特性的影响,利用定容燃烧弹结合高速纹影摄像技术,系统研究了初始温度为400 K,初始压力为0.1 MPa和0.4 MPa,氢气含量为0%、10%、30%、50%、70%和90%,当量比为0.7 ~ 1.4时的氢气-乙醇-空气混合燃料的层流燃烧速度（LBV）、火焰厚度和马克斯坦长度等参数,并采用辐射校正公式使LBV更加精准。通过数值仿真构建预混火焰模型,与实验结果进行对比。结果表明,氢气比例的增加可以提高混合燃料的层流燃烧速度。当氢气比例小于50%时,LBV随氢气比例的增加线性增长。而当氢气比例大于50%,LBV随氢气的增加呈指数增长。初始压力的上升虽然降低了LBV,但提高了LBV的增长率。此外,随着氢气比例和初始压力的增加,火焰厚度减小,马克斯坦长度降低,火焰的不稳定性增强。     

天然气-氢气-空气混合气的层流燃烧速度测定

在定容燃烧弹内研究了常温常压下天然气-氢气-空气混合气的火焰传播规律,得到了不同掺氢比例（氢气在天然气中的体积掺混比例为0％～100％）和燃空当量比（0．6～1．4）下混合气的层流燃烧速率和马克斯坦长度,通过对马克斯坦长度的测量,分析了拉伸对火焰传播的影响。结果表明,随着天然气中掺氢比例的增加,混合气的燃烧速率呈指数规律增加,马克斯坦长度值减小,火焰的稳定性下降。各掺氢比例下,随当量比的增加,马克斯坦长度值增加,火焰的稳定性增强。通过对试验结果的数据拟合,得到了计算天然气-氢气-空气混合气层流燃烧速率的关系式。     

氮气稀释气对天然气着火特性的影响

为获得氮气稀释气对天然气着火特性的影响规律,对不同当量比、初始压力、初始温度以及氮气稀释系数下天然气的着火延迟时间进行了试验测试与数值计算,并分析了氮气稀释气对其着火特性的影响机理。结果表明,随初始温度的变化天然气着火延迟时间呈线性变化趋势;天然气的着火延迟时间随初始温度或初始压力的升高逐渐缩短,且受当量比的影响不明显;随着氮气稀释系数的增加,天然气的着火延迟时间逐渐延长,且促进天然气着火的关键反应步,■的敏感性系数将大幅度下降。     

Experimental and chemical kinetic studies of the effect of H2 enrichment on the laminar burning velocity and flame stability of various multicomponent natural gas blends

The effect of the addition of hydrogen to various multicomponent natural gas (NG) blends is experimentally and numerically investigated. All the experiments are performed at a pressure of 0.1 MPa, a temperature of 300 ± 3 K, and a range of equivalence ratios (Φ = 0.6 to 1.4), using a constant pressure freely propagating spherical flame method. Numerical simulations are performed using the CHEMKIN-PRO^® simulation software, with three different chemical kinetic mechanisms. Laminar burning velocity (LBV) and burned gas Markstein length (L_b) of the various NG-H₂ blends at three different levels of hydrogen in the fuel, viz., 25%, 50%, and 75%, are experimentally evaluated to assess the effect of the simultaneous presence of H₂ and higher hydrocarbons (HC) in various NG blends. The addition of H₂ enhances the combustion chemistry of all the NG blends, and hence, increases the LBV. However, the effect is more prominent for the NG6-H₂ blend, which has a higher mole fraction of CH₄. The NG5-H₂ blend, which has a higher mole fraction of C₃H₈ maintains a positive L_b for a wider range of equivalence ratios (0.7–1.4). The LBV prediction using the GRI-MECH 3.0 mechanism is within the range of experimental uncertainty, for the blends with up to 50% H₂ in the fuel. The prediction of LBV using GRI-MECH 3.0 is the closest to the experimental results for the blends with 75% H₂ in the fuel when compared with those using San Diego and USC-MECH 2.0 mechanisms.     

Measurements of laminar burning velocities and Markstein lengths for methanol-air-nitrogen mixtures at elevated pressures and temperatures

The laminar burning velocities and Markstein lengths for the methanol-air mixtures were measured at different equivalence ratios, elevated initial pressures and temperatures, and dilution ratios by using a constant volume combustion chamber and high-speed schlieren photography system. The influences of these parameters on the laminar burning velocity and Markstein length were analyzed. The results show that the laminar burning velocity of the methanol-air mixture decreases with an increase in initial pressure and increases with an increase in initial temperature. The Markstein length decreases with an increase in initial pressure and initial temperature, and increases with an increase in the dilution ratio. A cellular flame structure is observed at an early stage of flame propagation. The transition point is identified on the curve of flame propagation speed against stretch rate. The reasons for the cellular structure development are also analyzed.     

压缩比对直喷天然气发动机燃烧与排放特性的影响

在缸内直喷火花点火天然气发动机上开展了压缩比为8、10、12和14的燃烧和排放特性研究。研究结果表明,压缩比对发动机性能、燃烧和排放有较大影响。压缩比增加,发动机充量系数增加,燃烧速率加快,热效率提高。缸内最高燃烧压力、最高燃气平均温度和最大压力升高率等燃烧参数随压缩比的增加而增加;HC和CO排放随压缩比的增加而降低,NOx随压缩比的增加而增加。压缩比过高会导致HC排放的增加,当压缩比大于12时,发动机在中高负荷出现轻微爆燃现象,NOx排放明显增加。综合考虑直喷式天然气发动机的动力性、经济性和排放性能,认为发动机的最佳压缩比设置在12比较合理。