含CO混合燃料燃烧特性及NO_x生成特性研究

论文摘要

本文针对含CO混合燃料,采用大型化学反应动力学软件CHEMKIN和详细化学反应机理（GRI-Mech3.0）,建立了含CO混合燃料的对冲扩散火焰数学模型及预混火焰数学模型,模拟计算了扩散火焰和预混火焰的燃烧过程,并对扩散火焰和预混火焰的火焰结构、熄火极限、燃烧速度和NOx生成特性及抑制措施等燃烧特性进行理论分析研究。第一部分以扩散火焰为研究对象,研究其熄火极限、火焰结构和氮氧化物生成排放特性等随火焰拉伸率和混合燃料成分的变化规律；在燃料侧加入不同量的水蒸汽和N2,对计算结果进行比较,以研究水蒸汽及H原子对CO/CH4混合燃料的燃烧特性的影响,并从化学反应机理方面进行分析说明。研究结果表明,火焰温度随着拉伸率的增长而明显下降,这可以归因于停留时间的缩短造成的燃料不完全燃烧以及对流散热损失的增大；随着αco的增大,OH自由基的生成速率降低,火焰温度因此降低,燃烧强度也随之减小；在不同拉伸率下,最高火焰温度随CO摩尔分数的变化则是绝热平衡温度、燃料Lewis数,化学反应和拉伸率的综合作用结果；在燃料中水蒸汽的作用是由其对CO燃烧过程的促进作用和对CH4燃烧过程的抑制作用之间的平衡决定的。第二部分以预混火焰为研究对象,研究了CO/CH4混合燃料在不同燃料成分和加入不同摩尔分数H20下层流火焰燃烧速度随当量比的变化规律,并且具体分析讨论了其中的影响因素。着重分析了水蒸汽含量及H原子对CO/CH4混合燃料的层流火焰燃烧速度的影响。研究结果表明,最大层流燃烧速度出现在当量比Φ>1处；对于某一固定组分的燃料,其层流火焰燃烧速度随当量比的增加而增加,达到最大值后随当量比的增大有减小；H20对层流火焰燃烧速度的影响主要通过解离出的H自由基参与影响燃烧过程的化学反应,改变混合燃料预混火焰的燃烧特性；混合燃料中H20的加入可以减少NO的生成量,抑制NO的生成,并且H20的摩尔分数越大,这种抑制作用越明显,峰值NO摩尔分数降低幅度也越大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理量名称及符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• x污染生成的措施'>1.3 控制 NO_x污染生成的措施
• x的生成及危害'>1.3.1 NO_x的生成及危害
• x的抑制措施'>1.3.2 NO_x的抑制措施
• 1.4 研究目标及研究内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 数值模拟模型介绍
• 2.1 引言
• 2.2 化学模型
• 2.2.1 化学反应机理
• 2.2.2 化学反应速率表达式
• 2.3 热物性与传输特性参数
• 2.4 OPPDIF 与 PREMIX 两种模型介绍
• 2.4.1 OPPDIF 模型
• 2.4.2 PREMIX 模型
• 2.5 本章小结
• 4混合燃料对冲扩散火焰数值计算分析'>第3章 CO/CH₄混合燃料对冲扩散火焰数值计算分析
• 3.1 对冲扩散火焰结构
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 控制方程
• x生成机理'>3.1.3 NO_x生成机理
• 3.2 对冲扩散火焰计算结果分析
• 3.2.1 扩散火焰稳定性与熄火极限
• 3.2.2 CO 摩尔分数对熄火极限的影响
• 3.2.3 水蒸气（H 自由基）对混合燃料燃烧特性的影响
• 3.3 本章小结
• 4混合燃料预混火焰数值计算分析'>第4章 CO/CH₄混合燃料预混火焰数值计算分析
• 4.1 一维预混层流火焰结构
• 4.2 控制方程
• 4.3 控制方程数值解法
• 4.4 模拟计算结果与讨论
• 4.4.1 层流燃烧速度
• 4.4.2 水蒸汽对层流火焰燃烧速度的影响
• x生成特性的影响'>4.4.3 水蒸汽对 NO_x生成特性的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间所发表的学术论文
• 致谢