二甲醚摻氫低壓層流預(yù)混火焰.pdf

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1、第35卷第4期河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版VO1．35No．42014句8月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceAug．2014文章編號(hào)：1672—6871(2014)04—0022—04二甲醚摻氫低壓層流預(yù)混火焰陳朝陽(yáng)，張春化，黃佐華，李玉陽(yáng)。(1．長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安710064；2．西安交通大學(xué)能涼與動(dòng)力_T程學(xué)院，陜西兩安710049；3．中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥230029)摘要：利用同步輻射真李紫外光電離

2、結(jié)合分子柬取樣質(zhì)譜技術(shù)，研究r當(dāng)量比為1．5，燃料摻氫體積分?jǐn)?shù)為0％、40％和80％的二甲醚／氫氣／氧氣／氳低壓層流預(yù)混火焰。測(cè)量l『火焰溫度曲線和火焰物種的摩爾分?jǐn)?shù)分布曲線，分析了摻氫塒火焰溫度、燃燒主要產(chǎn)物CO和CO，以及主要燃燒中間物CH0、CH、CH和CH的影響。研究結(jié)果表明：在低壓預(yù)混二甲醚／氛氣／氧氣／氬氣火焰中，隨著摻氰比的增大，火焰溫度逐漸降低，火焰中CO、CO、CHO、CH、CH和CH的摩爾分?jǐn)?shù)逐漸減?。缓蠡鹧鎱^(qū)，CO與CO的摩爾分?jǐn)?shù)比隨著摻氧比的增大而減小，說(shuō)明摻氫有利于CO氧化成CO，，促進(jìn)二甲醚完燃燒關(guān)

3、鍵詞：二甲醚；同步輻射；層流預(yù)混燃燒；氧氣；火焰結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào)：TK16文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A0引言隨著行油供給問(wèn)題的日益緊張和排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，清潔石油替代燃料成為內(nèi)燃機(jī)研究與發(fā)展中的熱點(diǎn)問(wèn)題。其L}1，二甲醚(DME)和氫氣(H，)L犬]其優(yōu)異的性質(zhì)受到了廣泛關(guān)注，被視為目前最有發(fā)展?jié)摿Φ某鍧嵦娲剂?。?中列出了二甲醚和氫氣與燃燒相關(guān)的幾個(gè)基本物理化學(xué)性質(zhì)。二甲醚因?yàn)楹趿扛咔曳肿又胁槐?二甲醚和氫氣的物理化學(xué)性質(zhì)比較含C—C鍵，燃燒時(shí)基本不生成碳煙?，被認(rèn)為是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)理想的替代燃料和燃料添加劑。研究發(fā)現(xiàn)：二甲醚用f發(fā)動(dòng)

4、機(jī)燃燒時(shí)，能有效降低碳煙和未燃碳氧排放，且其氮氧化物(NO)排放也比常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)低。氫氣點(diǎn)火能量低，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤扇紭O限寬，同時(shí)，在燃燒時(shí)能釋放出OH、H、O等活性自南基。氫氣與碳?xì)淙剂蠐交烊紵难芯拷Y(jié)果表明：在天然氣中摻混少量氫氣，可以擴(kuò)展燃料燃燒極限，從『亓i降低排放，提高熱效率。二甲醚一氫氣f昆合氣的預(yù){昆層流燃燒基礎(chǔ)研究表明：摻氫能明顯提高■甲醚的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，但氫氣?duì)二甲醚燃燒細(xì)節(jié)的影響尚不清楚，因此，有必要從微觀方面對(duì)二甲醚摻氧火焰的成分進(jìn)行研究，并進(jìn)一步分析摻氫對(duì)二甲醚火焰結(jié)構(gòu)的影響。本文通過(guò)研究不同摻氫比

5、下的二甲醚／氧氣／氬氣預(yù)混合氣的火焰結(jié)構(gòu)，分析了摻氫對(duì)二甲醚燃燒的影響規(guī)律，為二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的摻氫研究提供了理淪依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。1試驗(yàn)試驗(yàn)在[f1國(guó)科技大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室燃燒與火焰實(shí)驗(yàn)站完成。試驗(yàn)裝置圖及其詳細(xì)介紹參見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。本文研究中，摻氨比R(H)定義為氫氣占整個(gè)混合燃料的體積分?jǐn)?shù)，即(H)=V(H。)／[(H)+V(DME)]。試驗(yàn)中氣體總流量保持為3．000mL／min，燃燒室壓力維持在4．0kPa，試驗(yàn)中各基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)卜{(2012JQ7031)；長(zhǎng)安大學(xué)中央高校專項(xiàng)基金項(xiàng)目(CHD201l

6、JC148)作者簡(jiǎn)介：陳朝陽(yáng)(1982一)，女，陜阿富平人，講師，博十，主要從事代用燃料燃燒特性方而的研究．收稿日期：2013—09—144期陳朝陽(yáng)等：二甲醚摻氫低壓層流預(yù)混火焰·23·氣體流見(jiàn)表2。表2試驗(yàn)中各氣體流量mL／mIn卜司步輻射試驗(yàn)主要包括兩個(gè)方麗的內(nèi)窬：一是同定燃燒爐位黃，鑒定火焰物種；二二是掃描燃燒爐位置，探測(cè)火焰物種濃度的牽問(wèn)分布曲線。二●甲醚／氧氣／氬氣火焰物種鑒定的試驗(yàn)已在文獻(xiàn)[11]中做了報(bào)導(dǎo)，這里不再贅述，本文重點(diǎn)分析摻氫對(duì)二甲醚火焰的影響。2試驗(yàn)結(jié)果和分析2．1火焰溫度曲線溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程以及火

7、焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊懞艽螅?岡此火焰溫度是火焰結(jié)構(gòu)分析的重要組成部分。圖1給1出_r二甲醚／氫氣／氧氣／氬氣混合氣火焰溫度分布曲線。．Fh1可以看出：隨著摻氫比的增大，二甲醚／氫氣／氧越氣／氳氣混合氣的火焰溫度逐漸降低。文獻(xiàn)[12]在研究謄低預(yù)混甲烷／氖氣／氧氣／氮?dú)饣鹧鏁r(shí)也發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律該試驗(yàn)中，保持總的混合氣流量和燃燒室壓力不變，山于氫氣的體積熱值要比二甲醚的低很多，因此，加05101520253O入氫氣后，單位體積混合氣的總放熱量降低。另外，氫氣火焰距離／ram．的燃燒速度比一甲醚的快，加入氧氣后提高了混合氣的圖1火焰溫度隨

8、火焰距離的變化曲線燃燒速度，也增加了燃?xì)庀蛉紵隣t的放熱速度，使得燃燒放熱損失進(jìn)一步增大。這兩方面的岡素都使得火焰溫度隨著摻氫系數(shù)的增大而逐漸降低。2．2火焰主要物種摩爾分?jǐn)?shù)曲線圖2為DME／H：／0／Ar火焰主要物種的摩爾分?jǐn)?shù)曲線。試驗(yàn)中為了避免石英噴嘴與燃燒爐表面接觸被損壞