本科生科研国家创新计划资助项目中期报告

《本科生科研国家创新计划资助项目中期报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、本科生科研中期报告：高温高压下合成气着火与火焰传播特性研究本科生科研“国家创新计划”资助项目中期报告题目：高温高压下合成气着火与火焰传播特性研究Studiesontheignitionandflamepropagationofsyngasatelevatedtemperatureandpressure姓名：梁文恺学号：00886060院系：工学院专业：理论与应用力学指导教师：陈正特聘研究员2011年3月31日12本科生科研中期报告：高温高压下合成气着火与火焰传播特性研究一．课题介绍1.1研究背景随着世界能源需求的持续增长和对污染物以及温室气体减排的日益重视，研究和开发新型清洁

2、能源系统成为世界各国的共识。目前，将煤炭直接燃烧后利用释放的能量或将其转化为其他能量形式（如电能）依然是煤炭资源利用的主要方式。以我国为例，大约有95%的煤炭资源是以燃烧的方式利用的。然而，煤炭利用导致的主要污染物也都是在燃烧阶段产生的，煤的燃烧带来了严重的空气污染问题，包括二氧化硫、粉尘、重金属和温室气体CO2排放等。因此，煤的清洁高效利用是目前急需解决问题。基于煤气化的整体联合循环（IGCC：IntegratedGasificationCombinedCycle）技术被认为是目前最有前景的洁净煤发电技术，该技术通过燃气轮机和蒸汽轮机联合循环，燃料在气化炉中气化得到的合成气

3、在进入到燃气轮机前经过脱硫、脱灰分等净化处理，因此具有较低的排放。而且IGCC技术能综合利用煤炭资源，组成联产系统。气化炉出来的煤气，除了用于供给燃气轮机发电外，还可以用于化工产品（例如合成胺、甲醇、二甲醚等）的生产。同时，IGCC技术未来还可以结合CO2捕集和封存技术，解决温室气体CO2的排放问题。燃气轮机是IGCC系统的核心部件，合成气在燃气轮机中的燃烧是燃气轮机的关键技术。合成气是富含氢气的中低热值可燃气体，其主要成分是CO和H2，还含有少量的CH4、N2、CO2、H2O和其他微量气体，其组分随具体工作过程变化很大。为了研发基于合成气的高效率低排放燃气轮机，必需对高温高

4、压条件下合成气的燃烧特性有充分的认识，因此必需开展关于高温高压下合成气着火与火焰传播特性的研究工作。从基础研究的角度上看，该方面的研究有助于进一步发展关于点火和火焰传播的基础燃烧理论；从实际应用的角度上看，该方面的研究有助于高效低排放燃烧技术的开发与应用。　1.2研究现状12本科生科研中期报告：高温高压下合成气着火与火焰传播特性研究在国内，中国科学院工程热物理研究所和华北电力大学等单位开展了燃气轮机燃用合成气时的系统特性研究[1-4]。国外在合成气基础燃烧方面开展了一些研究工作。Law等人[5,6]开展了合成气层流火焰速度的测量研究，并根据实验测量的层流火焰速率和文献着火温度

5、、流反应器实验数据和着火延迟期数据构建了合成气化学反应动力学机理，但他们没有高温条件下的实验结果。Natarajan等人[7,8]测量了不同初始压力和温度下H2/CO/CO2/O2/He体系层流火焰速率并与化学反应机理的计算进行了比较，但是他们没有高压条件下的实验结果。Chaos和Dryer等人[9]研究了合成气的详细化学反应机理。Lieuwen等人[10]的研究探讨了合成气燃料的组成与热值对火焰形状和位置的影响。Kalitan等人[11]对合成气燃烧点火延迟时间进行了实验研究。可以看出，国内的研究工作主要是集中在燃气轮机系统的宏观层面，没有涉及到合成气火焰的基础特性。国外关

6、于合成气燃烧的大部分研究工作都是集中在常温常压条件下的合成气传播速度以及不稳定性。然而，合成气在燃气轮机内的燃烧均发生在高温高压环境下。为了开发高效低排放燃气轮机，有必要对高温高压条件下合成气的基础燃烧特性开展系统研究。1.3本项目研究内容本项目以合成气的高效清洁燃烧为应用背景，通过基于详细化学反应机理的数值模拟对合成气在不同条件下的燃烧情况开展系统的研究，揭示高温高压下合成气的着火机理与火焰传播特性。应用基于化学反应动力学模拟软件CHEMKIN-II的程序PREMIX[12]求解合成气预混气体燃烧的物理方程，由CHEMKIN和TRANSPORT数据库得到组分的热化学和输运性

7、质，开展合成气火焰传播速度以及着火情况的数值模拟研究。在宽广的初始温度、初始压力、化学反应当量比以及氢气比例条件下，获得合成气层流火焰传播以及着火情况的数据。同时，分析各种参数对合成气层流火焰速度以及着火情况的影响规律，阐明热扩散等物理过程对火焰传播作用的机理，具有重要的科学意义。二．研究进展2.1物理模型及计算方法12本科生科研中期报告：高温高压下合成气着火与火焰传播特性研究首先，对本研究的物理模型进行了定义并建立相应的模型方程。为了简化分析，本研究的物理对象设定为一维稳态平面自由传播的预混火焰，其控