含CO2杂质天然气扩散火焰燃烧机理研究

摘要

天然气作为清洁、环保、高效的能源一直受到全世界的高度关注。相对煤炭、石油等能源的日渐短缺，天然气较高的存储量及开采量缓解了人类的能源紧缺问题。近年来多个地区发现在气田开采后期，天然气中多掺有一定含量的CO2。而有研究发现，CO2等稀释物质的存在一定程度上会影响火焰结构、火焰温度等特性。因此研究含有CO2的天然气燃烧特性及机理，受到了越来越多的学者们的关注。
　　本文首先综述了国内外在天然气燃烧实验方面，对含CO2等杂质的甲烷燃烧火焰特征、污染物排放的研究；以及在模拟方面，对含CO2等杂质的甲烷燃烧的机理研究。之后分析了目前研究内容及方法的不足，从而确定了本文的研究内容、实验方案及实验工况。
　　根据研究内容，设计了同轴扩散火焰燃烧器，设计搭建了基于PIV测量系统的扩散火焰速度测量实验台，研究了不同CO2稀释比、不同当量比对扩散火焰速度场的影响。实验结果发现，当量比为1时，随着CO2的添加，扩散火焰速度逐渐降低，火焰宽度变窄。而当CO2稀释率为30％时，随着当量比的增大，火焰速度有一定的降低，但降低幅度不大，因此当量比对火焰速度场影响较小。
　　同时，在现有的PLIF测量实验系统基础上，调整光路及获得符合OH基、CH基荧光激发的激光波段，测量不同CO2稀释比、不同当量比工况下扩散火焰OH基、CH基荧光辐射强度。实验发现，当量比为1，当燃料总量不变时，随着CO2稀释比的增加，OH基辐射强度减弱，辐射区域逐渐向喷口处移动；当甲烷总量不变时，随着CO2稀释比的增加，火焰高度增加，OH基辐射强度增强。而无论是燃料总量不变还是甲烷量不变，随着CO2稀释比的增加，CH基生成区域均逐渐减小，火焰宽度变窄，当CO2稀释率超过20%时，火焰上游已几乎不存在CH基，CH基基本上只分布在火焰锋面处。当CO2稀释率为30%时，随着当量比的增大，OH基辐射强度逐渐增强，但OH基辐射区域位置没有显著变化；CH基辐射强度及辐射位置几乎不随当量比的变化而变化。

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第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3课题主要研究内容

第2章 实验系统及测量方法介绍

2.1引言

2.2扩散火焰速度测量实验系统介绍

2.3扩散火焰自由基分布测量实验系统介绍

2.4本章小结

第3章 PIV测量扩散火焰速度分布实验研究

3.1引言

3.2实验数据处理方法

3.3不同CO2稀释比对扩散火焰速度分布的影响

3.4不同当量比对扩散火焰速度分布的影响

3.5本章小结

第4章 PLIF测量扩散火焰OH基、CH基分布实验研究

4.1引言

4.2实验数据处理方法

4.3不同CO2稀释比对扩散火焰组分分布的影响

4.4不同当量比对扩散火焰组分分布的影响

4.5本章小结

结论

参考文献

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致谢