基于激波管研究二氧化氮对二甲醚点火特性的影响

作     者：叶威 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：祁美兰

授予年度：2017年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 080103[工学-流体力学] 0817[工学-化学工程与技术] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：二甲醚 氮氧化物 动力学模型 激波管 点火延迟时间 

摘      要：燃烧是获取能源的主要方式,化石燃料的燃烧会造成严重的环境污染问题,迫使人们寻求更加环保、更加高效的替代燃料和燃烧技术。二甲醚(DME)作为一种清洁的柴油替代燃料,具有很高的十六烷值(55～60)和“无烟燃烧特性,而DME在空气中高温燃烧将产生氮氧化物(NOx),这是主要的空气污染物之一。NOx排放可通过尾气再循环方法控制在极低水平,但再循环NOx显著影响燃料的燃烧过程,因此研究DME/NOx反应动力学模型很有必要。本文通过搭建燃烧激波管基础实验平台,研究了 DME/NOx的点火特性,并基于Chemkin III和Senkin软件包完成了相关反应模型的验证和分析。本文的主要工作如下:1.搭建并调试了燃烧激波管实验平台(包含配气系统、电热破膜装置以及压力与光谱测量系统)。激波管高压段3.26 m,低压段4.52 m,内径50 mm,在“缝合接触面运行方式下试验时间可达到7～8 ms。2.通过压力信号和OH*发射谱检测技术,系统地研究了 DME的点火特性,点火实验的温度范围为1170～1510 K,压力为4～18 atm,当量比为0.1～2.0。升高实验温度和压力都可显著加速DME点火,而当量比对DME点火过程的影响却很小。在温度较低时,当量比越大,点火延迟时间越短,而在高温条件下当量比对DME点火延迟时间的影响几乎可以忽略不计。3.在激波管中研究了 NO对DME点火特性的影响,测量了不同DME浓度(当量比0.5～2.0)和NO浓度(分别为DME浓度的0%,30%和70%)的点火延迟时间,实验温度为987～1517K,压力为4～10 atm。NO可显著促进DME点火,随着NO含量的增加或者温度的降低,促进作用将变得更强。若在DME混合物中加入NO,当量比对DME点火过程的影响明显变大。4.用测得的点火延迟数据验证了 4个DME/NOx燃烧模型,并通过更新NOx子机理的部分基元反应速率常数得到AMD模型,新模型预测的点火延迟时间与实验数据一致性较好。通过对AMD模型进行敏感性分析、反应路径分析和中间产物生成速率分析,给出NO促进DME点火的本质原因。