二甲醚掺氢低压层流预混火焰.pdf

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1、第35卷第4期河南科技大学学报：自然科学版VO1．35No．42014句8月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceAug．2014文章编号：1672—6871(2014)04—0022—04二甲醚掺氢低压层流预混火焰陈朝阳，张春化，黄佐华，李玉阳。(1．长安大学汽车学院，陕西西安710064；2．西安交通大学能凉与动力_T程学院，陕西两安710049；3．中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽合肥230029)摘要：利用同步辐射真李紫外光电离

2、结合分子柬取样质谱技术，研究r当量比为1．5，燃料掺氢体积分数为0％、40％和80％的二甲醚／氢气／氧气／氲低压层流预混火焰。测量l『火焰温度曲线和火焰物种的摩尔分数分布曲线，分析了掺氢埘火焰温度、燃烧主要产物CO和CO，以及主要燃烧中间物CH0、CH、CH和CH的影响。研究结果表明：在低压预混二甲醚／氛气／氧气／氩气火焰中，随着掺氰比的增大，火焰温度逐渐降低，火焰中CO、CO、CHO、CH、CH和CH的摩尔分数逐渐减小；后火焰区，CO与CO的摩尔分数比随着掺氧比的增大而减小，说明掺氢有利于CO氧化成CO，，促进二甲醚完燃烧关

3、键词：二甲醚；同步辐射；层流预混燃烧；氧气；火焰结构中图分类号：TK16文献标志码：A0引言随着行油供给问题的日益紧张和排放法规的日益严格，清洁石油替代燃料成为内燃机研究与发展中的热点问题。其L}1，二甲醚(DME)和氢气(H，)L犬]其优异的性质受到了广泛关注，被视为目前最有发展潜力的超清洁替代燃料。表1中列出了二甲醚和氢气与燃烧相关的几个基本物理化学性质。二甲醚因为含氧量高且分子中不表1二甲醚和氢气的物理化学性质比较含C—C键，燃烧时基本不生成碳烟⋯，被认为是压燃式发动机理想的替代燃料和燃料添加剂。研究发现：二甲醚用f发动

4、机燃烧时，能有效降低碳烟和未燃碳氧排放，且其氮氧化物(NO)排放也比常规柴油发动机低。氢气点火能量低，火焰传播速度快，可燃极限宽，同时，在燃烧时能释放出OH、H、O等活性自南基。氢气与碳氢燃料掺混燃烧的研究结果表明：在天然气中掺混少量氢气，可以扩展燃料燃烧极限，从『亓i降低排放，提高热效率。二甲醚一氢气f昆合气的预{昆层流燃烧基础研究表明：掺氢能明显提高■甲醚的火焰传播速度，但氢气对二甲醚燃烧细节的影响尚不清楚，因此，有必要从微观方面对二甲醚掺氧火焰的成分进行研究，并进一步分析掺氢对二甲醚火焰结构的影响。本文通过研究不同掺氢比

5、下的二甲醚／氧气／氩气预混合气的火焰结构，分析了掺氢对二甲醚燃烧的影响规律，为二甲醚发动机的掺氢研究提供了理沦依据和数据支持。1试验试验在[f1国科技大学国家同步辐射实验室燃烧与火焰实验站完成。试验装置图及其详细介绍参见文献[10]。本文研究中，掺氨比R(H)定义为氢气占整个混合燃料的体积分数，即(H)=V(H。)／[(H)+V(DME)]。试验中气体总流量保持为3．000mL／min，燃烧室压力维持在4．0kPa，试验中各基金项目：陕西省自然科学基金项卜{(2012JQ7031)；长安大学中央高校专项基金项目(CHD201l

6、JC148)作者简介：陈朝阳(1982一)，女，陕阿富平人，讲师，博十，主要从事代用燃料燃烧特性方而的研究．收稿日期：2013—09—144期陈朝阳等：二甲醚掺氢低压层流预混火焰·23·气体流见表2。表2试验中各气体流量mL／mIn卜司步辐射试验主要包括两个方丽的内窬：一是同定燃烧炉位黄，鉴定火焰物种；二二是扫描燃烧炉位置，探测火焰物种浓度的牵问分布曲线。二●甲醚／氧气／氩气火焰物种鉴定的试验已在文献[11]中做了报导，这里不再赘述，本文重点分析掺氢对二甲醚火焰的影响。2试验结果和分析2．1火焰温度曲线温度对化学反应过程以及火

7、焰传播速度影响很大，2冈此火焰温度是火焰结构分析的重要组成部分。图1给1出_r二甲醚／氢气／氧气／氩气混合气火焰温度分布曲线。．Fh1可以看出：随着掺氢比的增大，二甲醚／氢气／氧越气／氲气混合气的火焰温度逐渐降低。文献[12]在研究誊低预混甲烷／氖气／氧气／氮气火焰时也发现了同样的规律该试验中，保持总的混合气流量和燃烧室压力不变，山于氢气的体积热值要比二甲醚的低很多，因此，加05101520253O入氢气后，单位体积混合气的总放热量降低。另外，氢气火焰距离／ram．的燃烧速度比一甲醚的快，加入氧气后提高了混合气的图1火焰温度随

8、火焰距离的变化曲线燃烧速度，也增加了燃气向燃烧炉的放热速度，使得燃烧放热损失进一步增大。这两方面的冈素都使得火焰温度随着掺氢系数的增大而逐渐降低。2．2火焰主要物种摩尔分数曲线图2为DME／H：／0／Ar火焰主要物种的摩尔分数曲线。试验中为了避免石英喷嘴与燃烧炉表面接触被损坏