隨著能源危機(jī)加重和環(huán)境惡化,為了提高發(fā)動機(jī)的熱效率、降低有害氣體排放,清潔燃料越來越受到人們的關(guān)注,包括液化石油氣、天然氣、甲醇等低碳燃料。深入理解和研究這些低碳燃料的自燃特性,對于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)簡化機(jī)理的驗證和提高發(fā)動機(jī)的燃燒效率具有重要意義,為一項較為基礎(chǔ)的燃燒研究。本文利用激波管實驗平臺,在不同溫度、壓力、燃空當(dāng)量比下,測定了液化石油氣、天然氣和甲醇三種低碳燃料的著火延時,著重了進(jìn)行對比研究。主要完成了以下工作:測量了液化石油氣混合物著火延時。實驗溫度范圍1263~1795 K,當(dāng)量比φ=0.5、1、2,壓力為1.2和3atm,氬氣稀釋比93%。實驗表明:固定當(dāng)量比下,隨著溫度及壓力的升高,著火延時縮短;隨點(diǎn)火溫度的升高,不同壓力之間的實驗數(shù)據(jù)會有交叉,說明點(diǎn)火活化能隨壓力的增加而增大。在壓力和溫度一定時,受到反應(yīng)啟動和點(diǎn)火活化能的影響,著火延時隨著當(dāng)量比的增加而增大。不同當(dāng)量比下,液化石油氣著火延時數(shù)據(jù)擬合線趨于平行,說明點(diǎn)火活化能受當(dāng)量比影響較小。該著火延時滿足Arrhenius關(guān)系式,并通過多元回歸分析得到了著火延時隨溫度、壓力、當(dāng)量比和燃料濃度變化的關(guān)系式。在溫度1300~1666K,當(dāng)量比φ=0.5、1、2,壓力分別為1.2和3atm,用氮?dú)庀♂尩膶嶒灄l件下,測量了卡塔爾天然氣混合物的著火延時,實驗表明:天然氣著火延時隨溫度和壓力的增大而縮短,并隨當(dāng)量比的增加而增大。并將實驗數(shù)據(jù)與四種常用天然氣機(jī)理進(jìn)行對比,與LLNLC_1-C_4機(jī)理吻合,利用該機(jī)理對含有不同甲烷含量的澳大利亞和長慶油田天然氣進(jìn)行了模擬對比分析。分析表明:甲烷含量越高,著火延時越長。溫度較高時,差距不明顯,隨著溫度的降低,甲烷含量最高的長慶油田天然氣著火延時增加幅度遠(yuǎn)大于另外兩種天然氣。同時通過模擬計算可得,三類天然氣的著火延時隨點(diǎn)火活化能和辛烷值的減小而縮短,在發(fā)動機(jī)缸內(nèi)較高的溫度和壓力下,著火延時較短的高辛烷值燃料,更容易出現(xiàn)火花點(diǎn)火之前的異常自燃現(xiàn)象。在實驗溫度1063~1366K,當(dāng)量比φ=0.5、1、2,壓力分別為3、4和5atm,氮?dú)庀♂尩臈l件下,測量了甲醇的著火延時。隨當(dāng)量比的增加,甲醇分子碰撞增多,著火延時縮短。并對比分析了液化石油氣、卡塔爾天然氣和甲醇三類燃料著火延時在不同當(dāng)量比下產(chǎn)生不同的變化以及原因。高于1580K時,兩類氣態(tài)燃料著火延時普遍長于甲醇,但隨溫度的增加,甲醇的著火延時實現(xiàn)了反超。由于天然氣含有甲烷的緣故,天然氣著火延時普遍長于液化石油氣。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK401
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 能源、環(huán)境、安全
        1.1.2 研究燃料自燃特性的意義
    1.2 低碳燃料
        1.2.1 液化石油氣
        1.2.2 天然氣
        1.2.3 甲醇
    1.3 研究著火延時的試驗手段
        1.3.1 快速壓縮機(jī)
        1.3.2 定容燃燒彈
        1.3.3 激波管
    1.4 CHEMKIN軟件介紹
    1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.5.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.5.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.6 本文研究內(nèi)容
2 激波管實驗結(jié)構(gòu)及激波原理
    2.1 引言
    2.2 激波管結(jié)構(gòu)
        2.2.1 管體結(jié)構(gòu)
        2.2.2 夾膜機(jī)構(gòu)
        2.2.3 配氣系統(tǒng)
        2.2.4 真空泵組及管路
        2.2.5 測量系統(tǒng)
    2.3 理想激波管內(nèi)參數(shù)計算
        2.3.1 理想狀態(tài)激波關(guān)系式
        2.3.2 低壓段預(yù)混合氣參數(shù)計算
        2.3.3 縫合接觸面運(yùn)行條件
    2.4 著火延時及激波衰減
        2.4.1 著火延時定義
        2.4.2 著火延時參數(shù)擬合
        2.4.3 激波衰減
    2.5 實驗誤差分析
    2.6 本章小結(jié)
3 液化石油氣著火延時實驗及分析
    3.1 引言
    3.2 稀釋氣體
    3.3 變截面激波管
    3.4 激波管可靠性驗證
    3.5 液化石油氣著火延時實驗及分析
        3.5.1 實驗結(jié)果分析
        3.5.2 液化石油氣著火延時參數(shù)擬合
    3.6 本章小結(jié)
4 天然氣著火延時實驗及分析
    4.1 引言
    4.2 天然氣著火延時實驗及分析
        4.2.1 卡塔爾天然氣著火延時分析
        4.2.2 卡塔爾天然氣著火延時數(shù)據(jù)擬合
    4.3 不同種類天然氣著火延時模擬對比
        4.3.1 實驗數(shù)據(jù)與機(jī)理數(shù)據(jù)對比分析
        4.3.2 不同種類天然氣模擬分析
    4.4 不同辛烷值天然氣自燃特性分析
    4.5 不同壓力下天然氣自燃特性分析
    4.6 液化石油氣、天然氣和甲醇自燃特性對比分析
        4.6.1 甲醇著火延時實驗及分析
        4.6.2 液化石油氣、天然氣和甲醇自燃特性對比分析
    4.7 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2887524