初始压力对甲烷-空气预混气体燃烧特性的影响研究

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1、第33卷第9期可再生能源Vol.33No.92015年9月RenewableEnergyResourcesSept.2015初始压力对甲烷-空气预混气体燃烧特性的影响研究1221谢烽，郭进，胡坤伦，武若愚（1.中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京100083；2.安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001）摘要：试验采用高速纹影系统和压力传感器对甲烷-空气预混气体定容燃烧特性进行了研究，分析了不同初始压力对火焰传播特性的影响以及定容燃烧弹中压力的变化规律。试验结果表明：随着初始压力的增加，火焰的传播速度变化不大，并且有减小的趋势，当初

2、始压力超过0.14MPa后火焰的燃烧速度会发生突变而增大；初始压力的变化对定容燃烧弹中燃烧压力的影响十分显著，当初始压力为0.10MPa时，最大燃烧压力Pmax=0.703MPa；而在初始压力为0.16MPa时，最大燃烧压力Pmax=1.42MPa；随着初始压力的增加，火焰变得愈发的不稳定。关键词：安全工程；定容燃烧弹；火焰传播速度；甲烷；燃烧压力中图分类号：TK16文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）09-1398-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.09.0200前言压力相对较低，例如

3、一些高空飞行器的燃烧室都在随着我国社会经济的高速发展，能源消耗巨低压下工作，因此开展初始压力较低、小范围变化环大，尤其以石油一类不可再生的化石燃料为甚，因境下的甲烷燃烧特性研究十分必要，为天然气、瓦此寻找清洁而高效的可再生替代能源显得十分重斯的安全存储以及使用提供相应的基础数据。要。我国有丰富的天然气、煤层气资源，其主要成1试验系统和条件分是甲烷（CH4）。以甲烷为主体的可燃气体作为如图1所示，试验系统主要由定容燃烧弹及替代燃料，具有杂质少、燃烧清洁、燃烧效率高等其配套系统组成。定容燃烧弹为一圆柱体，弹体内特点，因此有诸多学者对甲烷燃烧特性进行了

4、积部长度和直径分别为310mm和305mm，另有两[1]~[9]极的探索。刘岩基于定容燃烧弹和高速纹影系个直径为295mm（内径）、厚度为50mm的石英统模拟了常温常压下煤层气中甲烷含量对其层流玻璃置于弹体的两个底面作为观察窗口；高速摄燃烧速度的影响，发现当量比对层流燃烧速度有像机拍摄频率为1000帧/s，通过双反射镜纹影系[10]很大的影响。张红光通过在定容燃烧室内研究统显示，用高速摄像机记录甲烷燃烧过程中球形不同初始温度、压力、燃空当量比、掺氢比下甲烷火焰的运动状态，以确定其火焰传播速度；在定容的燃烧压力变化规律，得到了上述条件对混合气燃烧弹

5、中央位置，有两根呈直角的电极用于点火；最大燃烧压力、最大压力升高率、火焰发展期、燃CY-YD-205T型压电式压力传感器用于测量火焰[11]烧持续期以及最大燃烧压力循环变动的影响。传播过程的压力变化数据。胡二江利用同样的实验方法研究了高压力情况下凹面镜反射镜电脑氢气-空气预混气体的燃烧规律，揭示了压力对刀口[12]燃烧速度的影响并不是很大。高速真空泵摄像机电从预混气体有关研究中可以看出，对可燃气极定容弹压力传感器点火器体燃烧特性的影响有很多因素，这些研究可为进光源电荷放大器一步探索甲烷的燃烧特性提供参考。目前，初始压甲空小孔烷气U型水银管示波器力

6、对甲烷燃烧特性的影响研究主要集中在高压反射镜凹面镜区，压力甚至高达数兆帕，而且压力变化范围很大图1试验装置示意图（间隔0.1MPa），然而在很多情况下燃烧的环境Fig.1Schematicrepresentationoftheexperimentalsystem收稿日期：2015-03-02。作者简介：谢烽（1988-），男，博士研究生，研究方向为燃烧与爆轰技术。E-mail：731785179@qq.com·1398·谢烽，等初始压力对甲烷-空气预混气体燃烧特性的影响研究首先利用Dalton分压定律在配气罐中配制500.04MPa0.06MPa

7、好设定浓度的甲烷-空气混合气，然后使用真空0.08MPa0.10MPa40泵将定容燃烧弹抽成真空，并将配制好的甲烷-0.12MPa0.14MPa空气（甲烷的纯度为99.9%）预混气体充入其中，0.16MPa30r/mm静置5min，确保气体相对静止。本试验中，初始压20力为0.04~0.16MPa，每间隔0.02MPa为一组；燃空当量比为1，温度为300K。通过触发点火器放10电点燃容器中的可燃气体，并同时开启高速摄像0510152025t/ms机、压力测试系统，点火后火焰从点火电极处呈球图3不同初始压力下火焰半径随时间的变化关系形自由传播至整个

8、定容燃烧弹中，记录相关数据。Fig.3Flameradiusvstimeatdifferentinitialpressures下次试验前