生物质气化合成气层流预混燃烧特性的PLIF研究及CHEMKIN模拟

作     者：王文鼎 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒲舸

授予年度：2016年

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] 

主      题：合成气燃烧 PLIF CHEMKIN模拟 动力学机理 

摘      要：化石能源作为不可再生能源正在逐步走向枯竭,而且在使用过程中会带来严重的环境污染,因此寻找一种可再生的清洁能源对人类社会可持续发展具有重要的影响。生物质因其贮藏量大、分布广且可再生受到了国内外的广泛关注,但是生物质直接燃烧利用率低,也会造成环境污染,而将生物质气化之后得到的气体是一种比较清洁的合成气,但是热值较低,因此对这种低热值合成气燃烧特性的研究具有一定的实用价值。本文以此为研究背景,利用目前国内外主流的燃烧测量方法—PLIF法研究了N和CO在不同当量比下单独对H燃烧火焰结构和OH基浓度的影响,以及不同生物质气化合成气在不同当量比下的燃烧火焰结构、OH基浓度和火焰传播速度;采用CHEMKIN软件模拟了不同当量比下8种合成气燃烧温度、OH基浓度及火焰传播速度,与实验结果相比较,并对引起温度变化和OH基浓度变化的原因进行了化学动力学分析。通过PLIF实验得到以下结论:(1)N和CO都会减小H燃烧火焰的大小,改变火焰的颜色,但是CO的影响要大于N,使H燃烧火焰呈淡蓝色状,且火焰比较小,OH基浓度、火焰传播速度也都小于同比例的N稀释;(2)合成气中CO对火焰结构和OH基分布都有很大影响,CO的加入使内焰明亮,OH基浓度在火焰锋面处集中,减少了H的扩散燃烧,尤其在低当量比下内焰处OH基浓度非常高;(3)合成气火焰传播速度随当量比的增大而增大,增加的幅度随合成气中H比例的增加而增大,而且合成气中CO会增大火焰传播速度。通过CHEMKIN模拟可以得出:(1)H/N和H/CO在当量比为1.0时燃烧温度和OH基浓度最大,但是加入CO后,合成气在当量比为1.2时燃烧温度和OH基浓度最大;(2)合成气中CO虽然不能提供OH基,但是会促进OH基的生成;(3)影响合成气燃烧温度的主要基元反应是R36:CO+OH=CO+H,随当量比增加反应由R36向R45:H+HO=2OH转移;(4)对合成气燃烧过程中OH基生成具有较大影响的是R36:CO+OH=CO+H、R43:H+O+M=HO+M和R45:H+HO=2OH这三个基元反应。