带压环境中CO2/H2O/N2气体稀释对合成气层流火焰速度的影响

作     者：朱晓宇 杨卫娟 张兴 姚彦伊 苏佳乐 周俊虎 ZHU Xiaoyu;YANG Weijuan;ZHANG Xing;YAO Yanyi;SU Jiale;ZHOU Junhu

作者机构：浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2020年第39卷第11期

页      面：4357-4366页

核心收录：

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金(51876189)。 

主　　题：合成气 稀释燃烧 层流火焰速度 加压 数值模拟 反应动力学 

摘      要：合成气稀释燃烧是燃气轮机高效低污染燃烧的重要运行方式。本文以CO2、H2O和N2为稀释气体,利用数值模拟方法研究稀释比对不同压力下合成气(CO/H2/CH4)层流火焰速度(SL)的影响规律,并从自由基浓度变化、敏感性数值和生成速率(rate of production,ROP)三个方面解析三种气体的物理和化学作用机理。结果表明,SL随燃烧压力和稀释比的增大而不断减小,其中CO2对层流火焰速度的抑制最为显著。稀释气体的物理效应对层流火焰速度的影响远大于化学效应,但CO2和H2O的化学效应不能忽略。化学效应则是通过改变H和OH自由基浓度影响SL,其中CO2稀释降低H和OH自由基浓度,H2O稀释则是降低H自由基浓度,从而降低合成气的层流火焰速度。进一步反应动力学分析发现了H/OH浓度变化在低压、加压下的主要化学反应路径,且受H2O稀释的化学反应速率对压力较CO2更为敏感。