O2_H2O条件下CO_H2_CH4层流火焰传播速度研究

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1、硕士学位论文O2/H2O条件下CO/H2/CH4层流火焰传播速度研究STUDYONLAMINARFLAMESPEEDOFCO/H2/CH4INO2/H2OCONDITION刘佳琦哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK224.1学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工学硕士学位论文O2/H2O条件下CO/H2/CH4层流火焰传播速度研究硕士研究生：刘佳琦导师：赵义军副教授申请学位：工学硕士学科：热能工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK224.1U.D.C.:621.18D

2、issertationfortheDegreeofMasterinEngineeringSTUDYONLAMINARFLAMESPEEDOFCO/H2/CH4INO2/H2OCONDITIONCandidate:JiaqiLiuSupervisor:AssociateProf.YijunZhaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ThermalEnergyEngineeringAffiliation:SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence:June,2018Degree-Con

3、ferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要煤基燃料-氧-水蒸气燃烧系统(OCCSS)采用合成气或超净煤作为燃料。采用不同煤种或不同的合成气加工工艺，会导致燃料中CO/H2/CH4主要可燃气体的比例发生变化。此外，在设计燃烧器与组织燃烧时需要综合考虑当量比、预热温度、水蒸气浓度等因素对火焰传播速度的影响。本文采用本生灯火焰法实验测量了不同组分、化学当量比、预热温度与水蒸气浓度时CO/H2/CH4/O2/H2O预混气的层流火焰传播速度。利用GRI3.0与USCII机理模拟火焰传播速度并与实验结果对比，

4、最终采用与实验结果更接近的GRI3.0机理对预混气层流火焰传播速度进行热力学与化学动力学分析。研究表明，CH4含量对火焰传播速度的影响与CO/H2的比例有关，在水蒸气浓度为47%情况下，当CO/H2高于75/25时，火焰传播速度随CH4含量升高而非线性增大；当CO/H2低于75/25时，火焰传播速度随CH4含量升高而非线性下降；当CO/H2等于75/25时，火焰传播速度不随CH4含量改变而改变。温度不是影响火焰传播速度的主要因素。与OH最大值和H+OH浓度最大值相比，火焰传播速度与H自由基浓度最大值正相关性更好。O2/H2O条件下，CO/H2/CH4火焰传播速度随当量比增大先上升后

5、下降，在CH4含量为2%时，最大速度对应当量比为1.3左右，CH4含量为8%时，最大速度对应当量比在1.2左右，最大速度对应当量比与CO/H2比例无关。改变当量比时，化学动力学对火焰传播速度影响较大，在当量比为0.8-1.4范围内，R99:CO+OH=CO2+H与R84:OH+H2=H+H2O生成H自由基反应速率较大，R38:H+O2=O+OH消耗H自由基反应速率最大，随着当量比增大，R99与R84增长速率之和高于R38增长速率，促进H自由基积累。随着当量比的增大，R3:O+H2=H+OH增长速率较快。增加预热温度能够提高绝热火焰温度，温度改变对各主要基元反应影响不明显。因此，增加

6、预热温度主要从热力学方面影响火焰传播速度。在不同CO/H2/CH4比例下，火焰传播速度随水蒸气浓度的增大呈现出较为复杂的变化规律。当CH4和H2含量较低时，火焰传播速度随水蒸气浓度的上升先增大后减小，适当增大CH4或H2含量时，火焰传播速度随水蒸气浓度上升先缓慢下降后快速下降，当H2含量较高时，火焰传播速度随水蒸气浓度上升，几乎线性下降。这种现象主要由水蒸气的热力学作用与化学动力学作用耦合产生的。水蒸气的化学动力学影响主要通过影响R86:2OH=O+H2O逆向反应速率实现，H2含量改变主要影响R84:OH+H2=H+H2O与R3:O+H2=H+OH反应速率；CH4含量改变主要影I哈

7、尔滨工业大学工学硕士学位论文响R3:O+H2=H+OH、R11:O+CH4=OH+CH3、R84:OH+H2=H+H2O与R98:OH+CH4=CH3+H2O反应速率。关键词：预混气；层流火焰传播速度；CO/H2/CH4；O2/H2OII哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheOxy-CoalCombustionSystemofNear-zeroEmissions(OCCSS)usessyngasandsupercleancoalasthefuels.Us