尚融雪, 杨 悦, 李 刚

(东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819)

与传统天然气相比,在天然气中掺入氢气不仅能够提高预混燃气的火焰传播速度,拓宽其燃烧极限等,同时能有效降低燃烧产物中温室气体的排放量[1].在实际生产过程中,掺氢天然气在燃烧利用时通常环境预热温度较高.由于燃烧条件的差异,较高的预热温度会改变预混燃气质量输运和化学动力学过程,进而显著影响预混燃气的基础燃烧特性.其中,层流预混火焰传播速度作为燃料重要的基础燃烧特性,不仅是研究复杂湍流燃烧的重要基础,也是验证化学动力机制、指导燃烧器安全设计的重要参数[2].因此,研究不同初始温度下掺氢天然气(CH4/H2)层流预混火焰传播特性,能够为其安全高效的利用以及预防控制燃气火灾爆炸事故提供依据及科学指导.

近年来,高温下预混燃气的燃烧特性得到了广泛研究.Hu等[3]测量了不同温度下CH4/O2/CO2的层流火焰传播速度,发现升高的预热温度增加了预混燃气的绝热火焰温度,从而加快了燃烧反应速率和火焰传播速度.Vancoilie等[2]测得初始温度范围为298～353K的甲醇-空气层流火焰传播速度,得到了在贫燃下较准确的数据.Zeng等[4]研究发现随着初始温度的升高,沼气的层流火焰传播速度不断增大.Xiao等[5]通过测量氢气甲醇混合物燃烧特性发现,掺氢比的增加促进H自由基的形成,进一步促进H+O2=O+OH的进行.Ai等[6]研究发现CO/H2/N2/ CO2/Air混合物层流火焰传播速度随刘易斯数和……