低热值气体燃料燃烧特性研究

论文摘要

在我国,低热值气体燃料是继煤炭、石油、天然气之后,最现实的接替能源。开发利用低热值气体燃料有利于我国优化能源结构,缓解能源紧张局面和保护环境,具有非常深远的社会意义。本文得到了国家自然科学基金资助项目发动机燃用低热值掺氢混合气体燃料的基础研究（项目编号50676008）的支持。本文以低热值气体燃料的主要来源之一—煤层气的真实成份和各成份体积比例,配制出低热值混合气体燃料,分别在定容燃烧弹及发动机上进行了层流燃烧特性以及燃烧稳定性的研究。本文在定容燃烧弹中利用高速纹影摄像法系统地研究了不同燃空当量比（φ=0.8～1.2）、掺氮比例(RN2=0%～65%)和初始压力（Po=0.1MPa,0.2MPa）下低热值气体燃料的层流燃烧特性。实验测量了各工况下混合气的燃烧压力,计算了质量燃烧速率等主要燃烧参数,分析了低热值气体燃料燃烧时的燃烧期和火焰发展期的影响。利用高速摄像系统采集火焰纹影照片,得到混合气的层流燃烧速率和质量燃烧流量,同时分析了燃空当量比、掺氮比例和初始压力等因素对层流燃烧速率的影响。实验结果表明:不同初始压力下,掺氮均延长了混合气的燃烧期和火焰发展期,减慢了混合气燃烧速率,层流燃烧速率和质量燃烧流量都减小,火焰的稳定性加强。随着掺氮比的增加,马克斯坦长度增加。化学当量比附近的燃烧期和火焰发展期最短,混合气燃烧速率最快。初始压力越大,燃烧速率越慢,燃烧持续期越长。最后,本文利用符号时间序列分析方法针对发动机燃用低热值混合气体燃料的燃烧稳定性进行台架试验研究,分析结果表明:随着掺氮比及转速的增加,低热值气体燃料发动机的燃烧循环变动将不断加剧,随着节气门开度的增加低热值气体燃料发动机的燃烧循环变动将不断减弱。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 低热值气体燃料的应用及研究现状
• 1.3 低热值气体燃料燃烧特性的研究方法及重点
• 1.4 论文的主要工作
• 2. 低热值气体燃料层流燃烧特性分析
• 2.1 试验系统及主要测试设备
• 2.2 试验内容及方案
• 2.3 定容弹内低热值气体燃料燃烧特性实验结果分析
• 2.3.1 已燃气体参数计算方法
• 2.3.2 压力曲线和规范化质量燃烧速率
• 2.3.3 最大燃烧爆发压力和燃烧持续期
• 2.3.4 火焰发展期
• 2.4 定容弹内火焰传播特性以及火焰稳定性分析
• 2.4.1 层流燃烧速度及马克斯坦长度
• 2.4.2 定容弹内火焰传播速率
• 2.4.3 定容弹内层流燃烧速率及质量燃烧流量的计算
• 2.4.4 定容弹内火焰稳定性分析
• 2.5 本章小结
• 3. 低热值气体燃料发动机缸内燃烧稳定性分析方法研究
• 3.1 燃烧循环变动特征参数的分类及表征方法
• 3.1.1 燃烧循环变动特征参数的分类
• 3.1.2 燃烧循环变动特征参数的表征方法
• 3.2 时间序列分析方法理论
• 3.2.1 时间序列的基本特征
• 3.2.2 时间序列分析方法的分类
• 3.3 符号时间序列分析方法的实现
• 3.3.1 时间序列的符号化
• 3.3.2 符号序列的统计学分析
• 3.3.3 选择符号化参数
• 3.4 本章小结
• 4. 低热值气体燃料发动机缸内燃烧特性分析
• 4.1 试验发动机主要性能参数及测试设备
• 4.2 试验用气体的配制方法及试验方案
• 4.3 循环变动的符号时间序列分析方法的实现
• 4.4 低热值气体燃料燃烧循环变动影响因素研究
• 4.4.1 掺氮比对低热值气体燃料发动机燃烧循环变动的影响
• 4.4.2 转速对低热值气体燃料发动机燃烧循环变动的影响
• 4.4.3 节气门开度对低热值气体燃料发动机燃烧循环变动的影响
• 4.5 符号时间序列分析方法与平均指示压力变动系数分析方法的相关性
• 4.6 本章小节
• 5. 全文工作总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集