天然气-氢气-空气混合气的层流燃烧速测定J

第24卷(2006)第2期文章编号:1000-0909(2006)02-0097-0724-017天然气-氢气-空气混合气的层流燃烧速度测定张勇,黄佐华,廖世勇,王倩,蒋德明(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049)摘要:在定容燃烧弹内研究了常温常压下天然气T气Y气混合气的火焰传播规律,得到了不同掺氢比例(筑气在天然气中的体积掺混比例为0%〜100%)和燃空当量比(0.6〜1.4)下混合气的层流燃烧速率和马克斯坦长度,通过对马克斯坦长度的测量,分析了拉伸对火焰传播的影响。结果表明,随着天然气中掺氢比例的増加,混合气的燃烧速率呈指数规律増加,马克斯坦长度值减小,火焰的稳定性下降。各掺氢比例下,随当最比的增加,马克斯坦长度值增加,火焰的稳定性增强。通过对试验结果的数据拟合,得到了计算天然气一氢气气混合气〜层流燃烧速率的关系式。关键词:层流燃烧速率;马克斯坦长度;拉仲;定容燃烧弹中图分类号:TK4I2文献标志码:AMeasurementsofLaminarBurningVelocitiesforZturalGas-Hs^drogen-AirMixturesZHANGYong,HUANGZu(rhua,LIAOShryong,WANGQian,JIANGDe-ming(StateKeyLaboratoryofMultiphaseFlowinPowerEngineering,Xi?anJiaotongUniversity,Xi'an710049,China)Abstract:Thelaminarflamecharacteristicsofnaturegas-hydrogcirairmixtureswerestudiedinaconstantvolumecombustionbombatnormaltemperatureandpressure・LaminarburningvelocitiesandMarksteinlengthswereobtainedatvariousratiosofhydrogentonaturalgas(volumefractionform0%to100%)andequivalenceratios(from0.6to1.4).Theinfluencesofstretchrateonflamepropagationwerealsoanalyzed・Theresultsshowthatlaminarburningvelocityincreasesexponentiallywiththeincreaseofhydrogenfractionsin(hemixture,whiletheMarksteinlengthdecreasesandflameinstabilityincreaseswiththeincreaseofhydrogenfractionsinthemixture・Forafixedhydrogenfraction,theMarksteinlengthshowsanincreaseandflamestabilityincreaseswiththeincreaseofequivalenceratios・Basedontheexperimentaldata,aformulaforcalculatingthelaminarburningvelocitiesofnaturalgas-hydrogerrairmixtureisproposed・Keywords:Laminarburningvelocity;Marksteinlength;Stretch;Constantvolumecombustionbomb*收稿日期:2005-08-24;修订日期:2005-1卜15。慕金项目:国家自然科学基金项目(50422261);国家垂点基础研究发展规划项目(2U03CB214500);优秀国家垂点实验室研究项目(50323001)。作者简介:张勇(1981-),男,硕士研究生,:匸要研究方向为内燃机燃烧,E-mail:zyong0618@163.com0引言由于能源短缺和排放法规的严格化,近年來人们在代用燃料方面的研究越來越广泛和深入。目前,主要的石汕替代燃料为天然气、氢气和生物质燃料等,其中,天然气在发动机上的使用L1经实川化,然而犬然气燃烧仍然存在火焰传播速率慢,发动机热效率低等缺点。将燃烧速率快的氢气掺混在天然气中有助于提高混合气燃烧速率,也有助于提高发动机的燃烧和排放性能"7。为此,开展天然气氢气空气混合气的燃烧基础研究・・十分必要。层流燃烧速率可用于分析和预测发动机的燃烧性能,对指导发动机的优化设计有重要意义⑶o1=1前,测量可燃气体层流燃烧速率的方法主要有逆流双火焰法⑼,平面火焰燃烧法⑸和球形火焰扩散法⑹oBradley>Gu等许多学者都认为,火焰拉伸对层流燃烧速率有较人影响,绘引起测最谋差的主要因素""Jo燃烧速率对火焰拉伸的敏感程度可通过马克斯坦长度参数來表征,它表征岀火焰的稳定性。由于球形火焰传播模型的拉伸率定义简单明确,火焰面上拉伸分布均匀,模型简单,操作方便,被广泛地应用在测量层流燃烧速率中18-9]o本文利用定容燃烧弹硏究了常温常压下天然气中不同掺氢比例(氢气的体积含量为0%〜100%)和燃空当量比(0.6〜1.4)的天然气一氢气一空气混合气的火焰传播过程,采川球形火焰扩散法研究了拉伸对火焰的影响,同吋得到了层流燃烧速率和马克斯坦长度,并归纳出了计算天然气T气乜气无拉伸层流燃烧速度的经验公式01试验装置和燃料试验中所用的容弹为108mmX108mmX135mm...

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