甲烷燃料的燃烧特性

第三章甲烷燃料的燃烧特性在层流预混燃烧理论中，层流火焰燃烧速度是描述燃料燃烧特性的最重要、最基本的物理化学特性参数， 它能够综合反映出燃料的扩散性、放热能力以及化学反应速度； 在一些湍流燃烧模型中， 作为量化基准的层流燃烧速度可以用来表征湍流流动是否对燃烧起到促进作用；燃料的层流燃烧速度对自身着火极限、着火延迟时间等参数也有一定影响。因此，在研究甲烷燃料的燃烧特性中有必要准确获得甲烷燃料燃烧过程中层流燃烧速度。本章将采用定容燃烧反应器实验装置对甲烷燃料着火后的层流预混燃烧特性进行研究。 分析实验初始压力、 初始温度以及混合气当量比对甲烷燃料着火延迟期的影响。3.1 实验装置定容燃烧反应器的实验装置结构简图如图3.1 所示。实验装置由四大部分组成，分别为定容弹、加热系统、点火系统、数据采集系统以及纹影与高速摄影系统。图中左下方的三个气瓶分别装满甲烷、空气、氮气或二氧化碳（本实验该气瓶阀门关闭） ，通过控制阀门开关大小来调节气体的流出量。图中左上方的水银压力计是用来测量各个组分气体分压的，不同燃空当量比的混合气就是通过控制甲烷和空气的分压来配置的。通过电感放电点火方式将甲烷/ 空气混合气点燃，同时利用压力传感器采集燃烧弹中的压力，再通过高速摄像机记录火焰发展的纹理照片。图 3.1 实验装置结构简图图 3.2 为实验系统中定容燃烧反应器的结构示意图。定容弹的内径为mm180、容积为20055.0m ，整个定容弹体采用中碳钢粗锻再精加工的工序制成。定容弹内置的中心电极用以放电而产生电火花来点燃甲烷/ 空气混合气，定容弹外部安装了温度传感器和压力传感器，可以测量混合气的初始温度和压力。定容燃烧反应器的两端为直径mm80的石英玻璃窗口， 该窗口可以为纹影系统的采集工作提供光学通路。当实验混合气的初始压力大于Mpa1.0时，使用压力变送器测量各个组分的分压；当实验混合气的初始压力小于Mpa1.0时，使用水银柱压力计测量各个组分的分压。 该定容燃烧反应器所能承受的最大爆发压力设计值为Mpa0.10，最大初始压力和初始温度设计值分别为Mpa0.1和K500。图 3.2 定容燃烧反应器结构示意图本实验采用纹影法来测量火焰的发展特性。纹影法可以将空间的相位分布转换为可见图像， 因此可用该方法来显示温度、 密度、折射率等物理量的不均匀性。采用该方法所得到的火焰发展特性的照片反映的是密度梯度的变化情况，而变化率最大的火焰密度是在前锋面上，因此采用纹影...