天然氣組分燃料層流燃燒特性模擬研究

2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組1中國工程熱物理學(xué)會2015年度學(xué)術(shù)年會燃燒分會天然氣組分燃料層流燃燒特性比較研究賈朋朋張尊華蔡奕李格升武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組2015年10月，北京2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組2主要內(nèi)容研究目的及意義技術(shù)路線模擬結(jié)果及分析結(jié)論2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組3研究目的及意義技術(shù)路線模擬結(jié)果及分析結(jié)論2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組4中國天然氣資源量構(gòu)成表天然氣、油和煤的排放對比表資源豐富、相對清潔、經(jīng)濟(jì)性較好類型天然氣資源量/1012m3地質(zhì)可采常規(guī)氣5232致密氣17～258.8～12煤層氣36.810.8頁巖氣13425合計240～24877～85排放物天然氣石油煤炭二氧化碳117000164000208000氮氧化物92448457二氧化硫111222591粉塵顆粒78427441、研究目的及意義磅/1012Btu2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組5天然氣種類CH4C2H6C3H8C4H10CnHmH2H2SCO2N2四川氣田天然氣97.20.700.20--0.100.100.100.07四川油田天然氣88.596.062.021.540.060.07-0.201.46大慶油田天然氣91.051.642.702.231.09----塔里木氣田天然氣98.10.510.040.020.05

0.580.7陜甘寧氣田天然氣93.970.770.100.01730.0037

5.020.59華北油田天然氣82.6410.543.361.040.22

1.670.53中原氣田天然氣94.422.120.410.330.85

1.25-長慶氣田天然氣93.890.620.080.020.263

5.140.16我國不同地區(qū)天然氣成分表1、研究目的及意義2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組61、研究目的及意義天然氣成分差異對發(fā)動機(jī)性能具有重要影響。層流火焰是發(fā)展與驗證燃料燃燒化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理的重要手段。目前對天然氣各組分燃料層流燃燒特性的比較研究較少2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組7研究目的及意義技術(shù)路線模擬結(jié)果及分析結(jié)論2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組82、技術(shù)路線以CHEMKIN軟件為平臺模擬自由傳播一維穩(wěn)態(tài)平面火焰比較研究各組分燃料層流燃燒特性2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組92、技術(shù)路線本文中采用GRI-Mech3.0機(jī)理模擬研究甲烷和乙烷層流燃燒特性，使用USCMech2.0機(jī)理模擬丙烷和丁烷層流燃燒特性。化學(xué)動力學(xué)機(jī)理的選擇2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組10研究目的及意義技術(shù)路線模擬結(jié)果及分析結(jié)論2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組113、模擬結(jié)果及分析初始條件對天然氣組分燃料層流燃燒速率的影響2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組12天然氣各組分層流火焰中主要活性基（OH、H和O）的濃度變化規(guī)律與其層流燃燒速率的變化趨勢相同。3、模擬結(jié)果及分析2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組13天然氣組分燃料基元反應(yīng)敏感性分析3、模擬結(jié)果及分析2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組14丙烷和丁烷含量較少，其含量的微小變化對天然氣層流燃燒速率影響較小，我們將其近似等效為甲烷-乙烷的混合物。3、模擬結(jié)果及分析2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組15為了方便計算天然氣替代模型的層流燃燒速度，本文定義了新的無量綱參數(shù)—層流燃燒速度增加率，其計算公式為：其中根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)擬合我們可以得到：3、模擬結(jié)果及分析2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組163、模擬結(jié)果及分析其中A=-0.00386，B=1.97754，C=-1.4974，D=0.52303。2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組173、模擬結(jié)果及分析火焰不穩(wěn)定性對于一個火焰?zhèn)鞑サ脑缙诓环€(wěn)定性影響的綜合效應(yīng)可以通過Markstein長度數(shù)來評價。其中為反應(yīng)前后混合物的密度比，

2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組18隨著當(dāng)量比的增加，乙烷、丙烷和丁烷的火焰穩(wěn)定性減弱，甲烷的火焰穩(wěn)定性增強(qiáng)。2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組19研究目的及意義技術(shù)路線模擬結(jié)果及分析結(jié)論2023/5/27武漢理工大學(xué)代用燃料研究課題組204、結(jié)論本文小結(jié)：（1）天然氣組分燃料燃燒速度均隨當(dāng)量比的增加先增大后減小，與初始溫度正相關(guān)，與初始壓力負(fù)相關(guān)，并給出了天然氣替代模型層流燃燒速率的擬合公式。（2）敏感性分析結(jié)果表明，對天然氣組分燃料最重要的正影響基元反應(yīng)大多都是鏈傳播或者鏈分支反應(yīng)，而主要的負(fù)影響基元反應(yīng)大都是鏈終止反應(yīng)，其中對乙烷有負(fù)影響的基元反應(yīng)為鏈傳播反應(yīng)，有活性基的生成。（3）對天然氣組分燃料火焰不穩(wěn)定分析發(fā)現(xiàn)，乙烷、丙烷和丁烷的馬克斯坦數(shù)隨當(dāng)量比的增加而減小，甲烷的馬克斯坦數(shù)