本文關(guān)鍵詞：氫空氣反應(yīng)機理及基礎(chǔ)燃燒特性研究

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【摘要】：隨著石油資源的匱乏、全球環(huán)境的惡化,排放法規(guī)對排放物的限制越來越嚴(yán)格。使用清潔能源和可再生能源已成為首選。其中,氫氣燃燒清潔且可再生,是一種很有前景的內(nèi)燃機代用燃料。先前的研究者對氫能作了較為系統(tǒng)的開發(fā)與研究,但是,對氫/空氣基礎(chǔ)燃燒特性、氫/空氣化學(xué)反應(yīng)機理等方面的研究尚有待于深入進行。本文首先基于燃燒測試系統(tǒng)平臺,采用分壓法匹配混合氣成分,火花塞直接點火,試驗研究了氫/空氣混合氣的層流燃燒特性。試驗得出不同燃空當(dāng)量比和初始溫度對無拉伸火焰層流燃燒速度、已燃區(qū)終態(tài)溫度、馬克斯坦長度的影響規(guī)律,結(jié)果表明:在研究范圍內(nèi),層流燃燒速度和已燃區(qū)溫度隨著燃空當(dāng)量比的增大先增大后減小,隨著初始溫度的增大而增大,已燃區(qū)溫度最大值均出現(xiàn)在燃空當(dāng)量比為1.0。然后,應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)軟件CHEMKIN,利用敏感性分析、生成速率分析以及反應(yīng)路徑分析,討論了不同當(dāng)量比下氫氣氧化的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)歷程,得出了不同的混合氣濃度對反應(yīng)過程有影響,提出了用于描述氫空氣預(yù)混層流燃燒速度的包含14基元、26步反應(yīng)的簡化機理,并對簡化機理進行了分析。最后,為了深入研究氫燃料內(nèi)燃機的燃燒特性,建立了基于簡化的化學(xué)反應(yīng)機理的燃燒模型,模擬計算了氫氣的燃燒過程,分別討論了壓縮比、轉(zhuǎn)速、EGR和進氣溫度對缸內(nèi)燃燒過程的影響。研究發(fā)現(xiàn),壓縮比、轉(zhuǎn)速及進氣溫度等諸多參數(shù),會對氫燃料內(nèi)燃機的運行有影響;熱EGR技術(shù)可以有效地降低缸內(nèi)溫度和缸內(nèi)壓力,進而降低NO排放,但較大的EGR率將導(dǎo)致氫內(nèi)燃機效率的快速下降。
【關(guān)鍵詞】：氫/空氣混合氣 層流燃燒 簡化反應(yīng)機理 燃燒特性
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK463
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題來源9
• 1.2 研究背景9-11
• 1.2.1 能源與環(huán)境問題9-11
• 1.2.2 氫燃料在汽車上的應(yīng)用11
• 1.3 氫燃料燃燒特性的研究11-15
• 1.3.1 預(yù)混層流燃燒的研究意義11-12
• 1.3.2 預(yù)混層流的研究方法12-14
• 1.3.3 氫空氣層流燃燒特性研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 氫氧化學(xué)反應(yīng)機理的研究15-18
• 1.4.1 詳細(xì)反應(yīng)機理15
• 1.4.2 簡化化學(xué)反應(yīng)機理的方法15-16
• 1.4.3 氫氧化學(xué)反應(yīng)機理研究現(xiàn)狀16-18
• 1.5 本文主要內(nèi)容及章節(jié)安排18-19
• 2 氫空氣預(yù)混燃燒基礎(chǔ)特性19-31
• 2.1 燃燒測試系統(tǒng)和試驗方法19-23
• 2.1.1 定容燃燒彈體19-20
• 2.1.2 高速紋影攝像系統(tǒng)20-21
• 2.1.3 點火系統(tǒng)21-22
• 2.1.4 進排氣控制系統(tǒng)22
• 2.1.5 試驗可燃混合氣的配制22-23
• 2.2 球形火焰的理論概述23-24
• 2.2.1 層流燃燒速度和馬克斯坦長度23-24
• 2.2.2 已燃區(qū)終態(tài)溫度24
• 2.3 氫空氣預(yù)混層流燃燒特性研究24-30
• 2.3.1 紋影圖片的選取與測量24-25
• 2.3.2 定容燃燒彈內(nèi)球形膨脹火焰的傳播過程25-26
• 2.3.3 不同燃空當(dāng)量比和溫度對層流燃燒速度和火焰穩(wěn)定性的影響26-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 3 氫空氣化學(xué)反應(yīng)機理研究及簡化31-53
• 3.1 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)概述31-32
• 3.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率31-32
• 3.1.2 反應(yīng)速率常數(shù)及平衡常數(shù)32
• 3.2 采用的簡化方法和手段32-37
• 3.2.1 反應(yīng)機理簡化方法32-34
• 3.2.2 簡化及計算軟件介紹34-37
• 3.3 詳細(xì)的氫氧燃燒反應(yīng)機理37-38
• 3.3.1 常見的氫氧燃燒詳細(xì)機理37
• 3.3.2 GRI-Mech3.0 氫氧燃燒機理的燃燒速度驗證37-38
• 3.4 氫空氣預(yù)混燃燒反應(yīng)機理簡化38-47
• 3.4.1 主要物質(zhì)的確定和骨架機理的構(gòu)成38-39
• 3.4.2 計算模型的建立39-40
• 3.4.3 基于產(chǎn)物H2O的機理簡化40-42
• 3.4.4 基于副產(chǎn)物NO的機理簡化42-45
• 3.4.5 簡化機理的獲得45-47
• 3.5 對比驗證與結(jié)果分析47-49
• 3.5.1 不同條件下的層流燃燒速度模擬驗證47-48
• 3.5.2 反應(yīng)物、生成物及重要中間物質(zhì)驗證48-49
• 3.6 簡化機理中主要基元反應(yīng)分析49-50
• 3.7 本章小結(jié)50-53
• 4 基于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的氫內(nèi)燃機缸內(nèi)燃燒模擬研究53-63
• 4.1 燃燒模型的建立及模擬計算53-54
• 4.2 各種參數(shù)對氫內(nèi)燃機燃燒的影響54-61
• 4.2.1 壓縮比對缸內(nèi)燃燒過程的影響54-56
• 4.2.2 轉(zhuǎn)速對缸內(nèi)燃燒過程的影響56-57
• 4.2.3 EGR對缸內(nèi)燃燒過程的影響57-59
• 4.2.4 進氣溫度對缸內(nèi)燃燒過程的影響59-61
• 4.3 本章小結(jié)61-63
• 5 結(jié)論與展望63-65
• 5.1 論文研究成果與結(jié)論63
• 5.2 展望63-65
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加的科研項目65-67
• 致謝67-69
• 參考文獻69-73
• 附錄73

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