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本文综述了燃烧理论的研究现状,以CHEMKIN为计算平台,建立了CO为主燃料的混合燃料的预混火焰数学模型及对冲扩散火焰数学模型,对其预混火焰和扩散火焰进行理论研究。
第一部分以预混火焰为研究对象,研究其绝热燃烧温度随当量比和混合燃料初始温度的变化;研究了添加H2对绝热火焰温度的影响;研究了火焰燃烧速度随当量比的变化,并且分析了CO含量、混合燃料的初始压力、混合燃料的初始温度、H2添加量和当量比对火焰燃烧速度的影响;
计算结果表明,随当量比Φ的增大,定压绝热火焰温度都是先升高,达到最大值后再减小,呈抛物线形状,最大温度时的当量比Φ都大于1;随着H2添加量的增加,最高火焰温度呈抛物线形递增,在相同H2添加量下CO的含量越多混合燃料的绝热火焰温度越低;最大层流燃烧速度出现在当量比Φ>1处;最大层流火焰燃烧速度随混合燃料中CO百分含量的增加而单调递增;层流火焰燃烧速度的变化趋势与OH+H最大摩尔分数的变化趋势是一致的,在他们之间存在着线性关系;添加H2可以显著提高火焰的燃烧速度,CO含量越大,提高效果越明显;
第二部分以扩散火焰为研究对象,研究不同配比混合燃料的火焰结构及用CO2和N2分别稀释空气侧和燃料侧对混合燃料火焰结构和氮氧化物生成排放特性的的影响,并对CO2和N2的稀释效果进行对比;研究火焰拉伸率对CO为主燃料的混合燃料的NO生成排放特性的影响及NOx排放指数;研究不同配比混合燃料的熄火极限。
计算结果表明,不同配比的CO为主燃料的混合燃料有相似的火焰结构,其主要差别是由于CO百分含量的不同造成的;在混合燃料燃烧过程中最主要的支链反应是:H+O2(←→) OH+O、OH+H2(←→) H+H2O、OH+CH4(←→) CH3+H2O及H+CH4(←→)CH3+H2;O的生成主要取决于反应O+CH3(←→) H+H2+CO和反应O2+HCO(←→)HO2+CO; CO的氧化主要是通过OH+CO(←→) H+CO2; CO2和N2稀释均能显著降低NO的排放,但是无论稀释空气侧还是燃料侧CO2降低NO排放的效果要比N2更好;混合燃料中CO含量增加,熄火极限也随之增大,这表明增加混合燃料中CO百分含量可以增大CO为主燃料的混合燃料火焰的稳定性。