低热值气体燃料层流燃烧特性研究

论文摘要

随着能源和环境问题的日益严峻,低热值气体燃料因为其资源丰富、便于获得而成为最现实的替代燃料。对低热值气体燃料层流燃烧特性的研究可对燃料的燃烧品质进行全面的了解,为其在发动机上的应用提供理论基础。本文针对低热值气体燃料建立了包含有燃料组分、燃烧产物、工质热力性质、传热损失、绝热火焰温度计算等子模型的定容燃烧弹准维层流燃烧模型,并用Matlab编制了上述模型的计算程序。在研究分析了数字图像处理的特点后本文开发了基于Canny算子和Hough变换的定容弹火焰纹影图像处理算法,应用Matlab编制了火焰纹影图像处理程序。同时在定容燃烧弹中开展了不同初始压力、当量比、燃料组分下低热值气体燃料的层流燃烧特性的试验研究和模拟分析研究。应用定容弹准维层流燃烧模型程序和火焰纹影图像处理程序,并根据球形扩散火焰理论分析了初始压力、当量比、燃料组分对于低热值气体燃料层流燃烧特性的影响。研究表明,初始压力的增加可导致燃烧过程中活性基浓度的峰值下降,从而使规范化质量燃烧率下降、燃烧持续期延长、火焰传播速率及层流燃烧速率下降,燃烧变缓;本研究表明化学计量比时的燃烧进行的最快,压力升高率及规范化质量燃烧率最大;低热值气体燃料中氮气比例的增加会导致燃料分子与氧气接触机能降低从而导致燃烧变缓,化学反应速率降低,拉伸火焰传播速率和层流燃烧速率都降低;同时氮气比例的增加使有最大扩散系数的组分减小,使火焰的稳定性降低。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 发动机燃烧模拟试验装置及机理试验研究现状
• 1.2.2 低热值气体燃料燃烧特性的研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 2 定容燃烧弹准维层流燃烧模型的建立
• 2.1 燃烧模型特点分析
• 2.2 准维燃烧模型基本假设与控制方程
• 2.3 准维层流燃烧模型计算程序的开发
• 2.3.1 初始输入参数的处理方法
• 2.3.2 控制方程组的自适应步长龙格-库塔算法研究
• 2.3.3 模型参数的求解方法
• 2.4 准维层流燃烧模型程序流程
• 2.5 本章小结
• 3 二维火焰图像处理方法的研究
• 3.1 二维数字图像处理技术特点
• 3.1.1 二维数字图像表示方法与颜色模型
• 3.2 数字图像边缘分割
• 3.2.1 数字图像边缘定义
• 3.2.2 微分算子边缘检测算法研究
• 3.3 圆识别算法的研究
• 3.3.1 霍夫变换
• 3.3.2 基于单义域邻接图的圆边界识别
• 3.4 基于 Canny算法与霍夫变换的图像检测程序的开发
• 3.4.1 算法基本思想
• 3.4.2 火焰图像检测程序流程
• 3.4.3 算法具体实现
• 3.5 本章小结
• 4 低热值气体燃料层流燃烧特性分析
• 4.1 试验装置及燃料配制
• 4.1.1 试验装置
• 4.1.2 燃料配制方法
• 4.2 试验内容及方案
• 4.3 层流燃烧特性参数的研究
• 4.4 初始压力对层流燃烧特性的影响
• 4.4.1 初始压力对燃烧过程的影响
• 4.4.2 初始压力对火焰传播特性的影响
• 4.5 当量比对低热值气体燃料层流燃烧特性的影响
• 4.5.1 当量比对燃烧过程的影响
• 4.5.2 当量比对燃烧速率的影响
• 4.6 燃料组分对低热值气体燃料层流燃烧特性的影响
• 4.6.1 燃料组分对燃烧过程的影响
• 4.6.2 燃料组分对火焰传播特性的影响
• 4.6.3 燃料组分对火焰稳定性的影响
• 4.7 低热值气体层流火焰燃烧速度公式的拟合
• 4.8 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 作者简历
• 学位论文数据集