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稀释气体对甲烷层流预混火焰燃烧速度的影响

2011-12-03曹甄俊

同济大学学报(自然科学版) 2011年10期

曹甄俊,朱 彤

(同济大学 机械工程学院,上海201804)

随着工业化进程的快速发展,能源与环境问题受到全球各国广泛关注.化石燃料持续消耗导致温室气体及有害物质大量排放,全球变暖已成为当前最严重的环境问题[1].研究表明,烟气再循环(EGR)是降低燃烧过程NOx排放的有效措施[2-3].利用炉内烟气稀释反应气体,使得燃烧反应在低氧状态进行,降低了火焰温度,从而达到低NOx排放的目的.利用烟气再循环技术可以扩大燃烧放热区域,降低放热速率,并且能有效抑制燃烧过程热声振荡现象的发生[4].在烟气再循环技术基础上,近年来发展了稀薄燃烧技术(lean burn)[5],高温空气燃烧技术(HiTAC,又称无焰氧化燃烧flameless oxidation)[6]和多孔介质燃烧技术[7]等诸多高效洁净燃烧技术.然而,在稀释燃烧条件下,火焰燃烧速度降低且易造成熄火.由于燃料及燃烧条件的不同,烟气组分也有较大差异,利用烟气再循环技术需要考虑不同混合气组分及运行参数对燃烧特性的影响,例如层流燃烧速度、点火延迟时间、可燃极限等.其中,层流燃烧速度SL是可燃混合气的重要基础参数,包含了燃烧过程的详细热化学信息,与燃料消耗速率、燃烧工况及污染物排放密切相关[8].层流燃烧速度对进一步研究湍流火焰有重要价值,它为湍流火焰结构、湍流火焰速度研究提供了基础数据(如在湍流火焰面模型(flamelet model)中为G 方程提供速度参数[9]).

以天然气(主要成分为CH4)为代表的清洁燃料正越来越多地应用于工……

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