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低热值气体燃料层流燃烧特性研究

郑士卓  
【摘要】: 随着能源和环境问题的日益严峻,低热值气体燃料因为其资源丰富、便于获得而成为最现实的替代燃料。对低热值气体燃料层流燃烧特性的研究可对燃料的燃烧品质进行全面的了解,为其在发动机上的应用提供理论基础。 本文针对低热值气体燃料建立了包含有燃料组分、燃烧产物、工质热力性质、传热损失、绝热火焰温度计算等子模型的定容燃烧弹准维层流燃烧模型,并用Matlab编制了上述模型的计算程序。在研究分析了数字图像处理的特点后本文开发了基于Canny算子和Hough变换的定容弹火焰纹影图像处理算法,应用Matlab编制了火焰纹影图像处理程序。 同时在定容燃烧弹中开展了不同初始压力、当量比、燃料组分下低热值气体燃料的层流燃烧特性的试验研究和模拟分析研究。应用定容弹准维层流燃烧模型程序和火焰纹影图像处理程序,并根据球形扩散火焰理论分析了初始压力、当量比、燃料组分对于低热值气体燃料层流燃烧特性的影响。研究表明,初始压力的增加可导致燃烧过程中活性基浓度的峰值下降,从而使规范化质量燃烧率下降、燃烧持续期延长、火焰传播速率及层流燃烧速率下降,燃烧变缓;本研究表明化学计量比时的燃烧进行的最快,压力升高率及规范化质量燃烧率最大;低热值气体燃料中氮气比例的增加会导致燃料分子与氧气接触机能降低从而导致燃烧变缓,化学反应速率降低,拉伸火焰传播速率和层流燃烧速率都降低;同时氮气比例的增加使有最大扩散系数的组分减小,使火焰的稳定性降低。


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