【摘要】：我國正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型重要階段,因此也面臨一系列轉(zhuǎn)型階段的挑戰(zhàn)與困難,對于能源高效與安全使用的重要性也變得越來越重要。根據(jù)國際能源署預(yù)測,中國對于能源的需求量將會持續(xù)增大,預(yù)計在2035年中國的能源消耗量將超過美國,成為世界最大的能源消耗國。目前化石燃料在全球范圍內(nèi)的廣泛使用已經(jīng)造成了許多危機(jī),包括能源短缺危機(jī)以及環(huán)境污染問題,因此清潔能源的推廣和使用也變得日益重要。能源在不同燃燒器中燃燒過程也不盡相同,對于微尺度燃燒器而言,雖然燃燒過程能產(chǎn)生更大的能量和功率,但也面臨燃燒不穩(wěn)定和容易出現(xiàn)火焰淬熄的困境。發(fā)生火焰淬熄時自由基、帶電粒子和電子的分布會產(chǎn)生顯著的變化,因此研究火焰淬熄情況下的電學(xué)特性對于減弱淬熄情況和提高燃燒穩(wěn)定性與效率具有一定的指導(dǎo)作用。論文研究了加氫對甲烷層流火焰正面淬熄狀態(tài)下電學(xué)特性的影響。在加氫對火焰電學(xué)特性的實驗研究中,首先進(jìn)行了火焰中電學(xué)特性的理論分析,結(jié)合火焰燃燒中熱量散失及自由基分布的特點,分析了不同的極板材質(zhì)、電壓、摻氫量及空氣量等不同的工況下加氫對甲烷火焰電學(xué)特性的影響,利用電流表測量出不同條件下的一系列瞬時電流值并繪制成不同的曲線圖,發(fā)現(xiàn)極板材質(zhì)不同對實驗結(jié)果中的電流值的影響可以忽略不計,并且燃燒器接負(fù)電壓時對實驗結(jié)果中的電流值影響較大,另外不同摻氫量和空氣量會對實驗中的電流值產(chǎn)生不同的影響。本實驗中最適宜的電流值為50ml/min,加入氫氣可以使火焰的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,空氣量的增加會使火焰形態(tài)發(fā)生變化變化,進(jìn)而使實驗中的電流增大,但是在同一種形態(tài)火焰下,空氣量的增加對于電流值峰值的變化影響不大。此外,空氣量的增加會導(dǎo)致電流峰值對應(yīng)的距離逐漸減小在研究的數(shù)值模擬中,首先選擇合適的數(shù)學(xué)模型以及燃燒過程中涉及的電離機(jī)理并建立了物理模型,隨后對火焰的溫度、電子、自由基及離子進(jìn)行模擬。研究了摻氫量及空氣量對于溫度、電子、自由基及離子分布的影響,發(fā)現(xiàn)選擇合適的摻氫量以及空氣量對可以提高電子及自由基的濃度并且電子濃度的變化與實驗中電流的變化吻合,但摻氫量對溫度的影響較小,對不同種類的離子的影響也不盡相同。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK16
【圖文】：

哈爾濱：￡業(yè)大學(xué)工Ｉ呈碩士學(xué)位論文，有一半徑為Ｒ的噴口，燃料從該噴㈡射入一靜止的空氣空間，的噴射中心以及邊界，中間的圖像是在噴射氣流的核心區(qū)域內(nèi)，的速度隨距離的增加而減小，右圖是噴射流的最大速度至邊緣減小過程Ｄ逡逑°ｉ／邋＾邋ｅ邋７ｒ＊逡逑１ｉ逡逑

邐（２－２１）逡逑８；＾NB邋４」逡逑式中ｆ辦ｒ辦——噴口處燃料的體積流量。逡逑如圖２－２所錄，火焰中真正發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域只是一小部分，該區(qū)域逡逑內(nèi)，火焰溫度最高，化學(xué)反應(yīng)最強(qiáng)，組分濃度最大。由于熱量的傳遞，火焰上逡逑方的溫度也處于高溫狀態(tài)，浮力的作用明顯，不可忽略不計。根據(jù)質(zhì)量守恒定逡逑律，隨著流速的增大，流線越緊密，燃料的濃度梯度增加，擴(kuò)散作用也不斷地逡逑加強(qiáng)，這兩種作用明顯且相反，相互抵消，因此總體看并未對火焰產(chǎn)生影響。逡逑Ｔ＋邐Ｙｉ邋“逡逑Ｔｆ邐１＾邐邐逡逑＼邐ＯＲ邐３７邐Ｏ邋Ｒ邐ｘ逡逑機(jī)，丨＼…、——４－邐Ｔ－ｔ逡逑邐２Ｒ邋邋邋ＯＲ邐ｒ邐ＯＲ邐ｘ逡逑圖２－２層流擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)逡逑若燃燒器出Ｃｌ為圓形，則層流射流火焰的長度以及初始速度與管徑大小均逡逑不相關(guān)，真正影響長度以及初始速度的是初始體積流鬣，因為即便不逡逑同的速度與管徑搭配

２．３實驗構(gòu)建逡逑２．３．１實驗平臺逡逑圖２－３、２－４分別是電學(xué)實驗的實驗臺實物圖和實驗臺結(jié)構(gòu)，示意圖。本實驗逡逑的實驗平臺包括：配氣系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電學(xué)系統(tǒng)。逡逑連接情況如圖２－４所示。甲烷、氫氣和空氣順著導(dǎo)管一次通過節(jié)流閥和質(zhì)量流ｆｔ逡逑計后進(jìn)去混合室內(nèi)，充分混合合從燃燒器出口處噴出。用外加點火源點火使其逡逑燃燒，并且通過添加外加電壓形成外加電場的空間，不斷調(diào)節(jié)電壓植的大小，逡逑記錄各個瞬時的電流值，此外用相機(jī)拍攝各個工況下的火焰輪廓。逡逑該實驗中的變化量主要有：ａ，金屬極板種類：黃銅、鋁、鐵和３０４鋼；ｂ．距逡逑離范圍；最高點是燃燒器出訂處距離極板９０ｍｍ處，最近點是與燃燒器出口處逡逑無限接近；ｃ？摻氫量占比：０％、２０．０％、３３．３％、４４．４％和５０％；邋ｄ．電廟范圍：土逡逑４、８、１２、１６、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０；邋ｅ？空氣量占比：０％、６１．５％、逡逑７７．３％、８５．７％。通過對這些變量對于電學(xué)特性的影響，探宄變量間的耦合作用逡逑以及對電子與自由基影響的機(jī)理。邐邐逡逑１＾逡逑圖２－３賣驗合實物圖逡逑－１８－逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2794556