【摘要】：生物乙醇是目前應(yīng)用最廣泛的生物質(zhì)液體燃料,其具有可再生、燃燒過(guò)程不額外排放C02等特點(diǎn),隨著第二代生物乙醇制取技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)量的增加及原料非糧食化使其具備更廣闊的應(yīng)用前景。為了更高效清潔地燃燒利用燃料乙醇,本文對(duì)乙醇-空氣混合氣的層流燃燒特性進(jìn)行了較全面的試驗(yàn)及仿真研究： 第一,在定容燃燒彈試驗(yàn)中,利用高速紋影成像系統(tǒng)記錄了當(dāng)量比0.7、1.0、1.2、1.45、1.7下的5組乙醇-空氣混合氣在初始溫度363K、常壓下的球形火焰擴(kuò)展過(guò)程。在火焰圖像半徑提取過(guò)程中采用了基于灰度梯度的夾逼測(cè)量法提高了檢測(cè)精度,并通過(guò)火焰半徑變化規(guī)律計(jì)算了線性外推法與非線性外推法下的層流燃燒速度,總結(jié)分析的其他層流燃燒特性包括質(zhì)量燃燒速率、層流火焰厚度、馬克斯坦長(zhǎng)度、馬克斯坦數(shù)、全局活化能、Ze數(shù)等。 第二,利用Chemkin軟件的火焰速度計(jì)算模型得到了Marinov機(jī)理下的乙醇空氣混合氣層流燃燒速度,并與本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)、近年他人數(shù)據(jù)及Li機(jī)理的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,其中,濃燃時(shí)本文數(shù)據(jù)相對(duì)偏小,當(dāng)量比1.2與1.45條件下相對(duì)Marinov機(jī)理的結(jié)果分別平均偏小16.3%與22%左右。在稀燃條件下,本文數(shù)據(jù)與兩種燃燒機(jī)理的結(jié)果吻合較好,當(dāng)量比0.7與1條件下與Marinov機(jī)理、Li機(jī)理的結(jié)果平均偏差為3.5%與1.5%左右。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK16
【圖文】：

定容燃燒彈（以下簡(jiǎn)稱容彈）是用于模擬燃料等容燃燒過(guò)程的試驗(yàn)裝置，也是研究球形膨脹火焰最為廣泛采用的燃燒器，典型燃燒器外觀如圖1.6 (a)所示。記錄容彈中心點(diǎn)火形成的近球形膨脹火焰（高速紋影技術(shù)拍攝的燃燒過(guò)程如圖1.6 (b)所示），可通過(guò)球形火焰理論（球形火焰拉伸率定義）及馬克斯坦長(zhǎng)度理論（火焰拉伸與火焰速度關(guān)系）獲得層流火焰速度[37]。圖1.6 (C)為試驗(yàn)中“恒壓燃燒段”的火焰拉伸率與燃燒速度關(guān)系圖，通過(guò)外推法可獲得圖中紅圈位置的層流火焰速度值，圖中采用不同的外推方法獲得的數(shù)據(jù)略有不同[38」9]。(a)定容燃燒彈 .\l flH 0 —^ 0 50 100 150 200 250 300 350 400a (l/s)(b)紋影火焰圖 （c)外推法示意圖1.6定容燃燒彈法介紹圖根據(jù)上述介紹，我們可以發(fā)現(xiàn)三角火焰法、平面火焰法、滯止火焰面法及熱流量法都通過(guò)獲得穩(wěn)定的燃燒平面建立流速與火焰速度的關(guān)系最終獲得層流燃燒速度，但是受到燃燒器的限制，這4種方法很難用于研宄環(huán)境壓力對(duì)燃燒速度的影響，應(yīng)用于液體燃料時(shí)還要考慮燃料霧化混合等問(wèn)題

試驗(yàn)用定容燃燒彈（以下簡(jiǎn)稱容彈）的外形為最大輪廓尺寸200mmX200mmX200mm的類正方體，實(shí)物照片及各部件說(shuō)明如圖2.2所示。容彈各表面預(yù)留有直徑為122mm的透明視窗及點(diǎn)火電極固定塊的安裝孔，透明視窗采用透射性較強(qiáng)的石英玻璃，可用于高速紋影系統(tǒng)的測(cè)量。容彈的上表面各側(cè)角預(yù)留有用于壓力傳感器（Kistler6115B)、去錯(cuò)裝熱電偶（WRNK-234)、油氣入口及廢氣出口閥門等零件的安裝孔。容彈各表面均安裝有6支加熱電阻，保證容彈實(shí)體溫度分布均勻，加熱過(guò)程可通過(guò)調(diào)整直流電源電壓調(diào)節(jié)加熱速度。表面所有安裝孔通過(guò)聚四l#乙稀密封墊圈及管螺紋密封。容彈內(nèi)部容積為1.69L,可承受的最大爆發(fā)壓力約為20MPa。10

2.2.1中心電極與電極間距如圖2.3所示，本文使用的中心電極由車用火花塞改裝而成，在去除火花塞負(fù)極后，于火花塞的正極前端輝接直徑0.4mm的鉆金絲以延長(zhǎng)電極并減小因電極絲導(dǎo)熱導(dǎo)致的火焰面凹陷等問(wèn)題，保證火焰擴(kuò)展過(guò)程實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)球形傳播。由于本文的主要研宄內(nèi)容為層流燃燒速度的計(jì)算，理論上電極間距不影響火焰穩(wěn)定后的傳播過(guò)程，因此，試驗(yàn)的電極間距在浮熄距離（一般為0.02-0.05mni)與輸出壓力最大混合氣擊穿距離之間都可以。參考不同燃料在最小點(diǎn)火能量（MIE)測(cè)試中采用的最佳電極間距可以發(fā)現(xiàn)，燃料類型與電極結(jié)構(gòu)將影響火花，同時(shí)，電極間距過(guò)小將影響電極放電，導(dǎo)致火花能量過(guò)小，無(wú)法點(diǎn)燃混合氣，電極間距過(guò)大則會(huì)因無(wú)法擊穿形成火花導(dǎo)致失火，一般MIE試驗(yàn)電極間距取0.4-2mm之間本文在通過(guò)如圖2.3 (a)所示的電極間距調(diào)試試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電極間距為IJmrn時(shí)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2750721