试议燃烧煤/生物质气化合成气燃烧特性激光诊断

论文导读：
摘要：由煤、生物质、有机废弃物的气化产生的合成气是一种很有前景的清洁高效燃料,主要组成为H2、CO、CH4、C02、02、N2等,与固体燃料直接燃烧相比,不仅能够提升能源利用效率,而且还能有效降低污染物排放,在未来的能源利用与转化方面具有极大的潜力。但是合成气的气体组成复杂、热值低、燃烧不稳定,加上其燃烧机理探讨的不足,给实际运用带来很大挑战。由此,深入探讨合成气的燃烧特性、高效清洁的利用合成气,是我国清洁能源战略的一个重要组成部分。激光燃烧诊断技术具有不干扰流场、对恶劣的燃烧环境适应性强等优点,是探讨火焰燃烧机理的理想手段。本论文运用先进的激光燃烧诊断技术,对合成气的预混层流和湍流燃烧特性以及臭氧的强化燃烧展开了一系列的探讨,形成了比较全面、系统的合成气燃烧论述,不仅为我国新型燃烧设备的进展与优化提供了重要的基础与工程实践指导,而且对未来的燃烧科学探讨领域和工程设计也有着重要的作用。本论文先利用瑞利散射对烟煤气化合成气在稀薄预混条件下的层流火焰温度进行了定量测量,并与热电偶测量及CHEMKIN数值计算结果进行了比较浅析；然后利用热流量法和热敏磷光测温法测量了两种典型合成气：5%H2-95%CO和20%H2-20%CO-60%N2的绝热层流火焰速度,并运用CHEMKIN的三种机理：GRI-Mech3.0, USC Mech Ⅱ和Dis'H2/CO进行了计算与比较验证。结果发现,氮气稀释对合成气的层流火焰速度有抑制作用,而预热温度的提升对火焰速度有推动作用；热流量法测合成气层流火焰速度的最小误差为0.5975cm/s；三种机理中Dis'H2/CO机理能够更好地预测H2/CO合成气的层流火焰速度。接下来,本论文模拟了真实组分的低热值煤／生物质气化合成气,利用OH-PLIF技术,对四种典型煤／生物质气化合成气的稀薄预混湍流火焰特性进行了试验探讨与浅析,包括湍流火焰结构、火焰前锋位置和湍流火焰速度等。探讨表明,当量比、氢气含量、低热值和湍流强度对合成气火焰中OH自由基的强度分布、OH反应层的厚度、火焰长度、火焰前锋位置以及湍流火焰速度均有一定的影响；四种合成气中烟煤气化合成气的湍流火焰速度最大、更有利于燃烬；湍流强度可以压缩OH反应层的厚度,增强OH自由基的强度分布,以而强化了合成气的燃烧历程。最后,本论文利用热流量法精确测量了甲烷-空气预混气在有/无臭氧添加条件下的绝热层流火焰速度,探讨了臭氧浓度变化对燃烧速度的影响,并改善了新的16步臭氧机理,运用CHEMKIN软件的PREMIX模块,对甲烷-空气-臭氧预混火焰的温度、主要自由基的分布、10个关键反应的敏感度浅析以及火焰速度进行了计算与验证,确定了对臭氧增强火焰速度起关键作用的机理反应,进一步探讨了臭氧分子的强化燃烧机理。探讨表明,臭氧分子的加入,在火焰的预热区产生了大量的O自由基,以而激发了支链反应的发生,提升了火焰速度,强化了燃烧。关键词：合成气论文激光燃烧诊断技术论文层流燃烧论文湍流燃烧论文臭氧论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。致谢5-7
摘要7-9
Abstract9-11
目次11-15
1 绪论15-33

1.1 引言15-17

1.2 激光燃烧诊断技术的进展17-20

1.3 合成气燃烧特性的探讨近况20-28

1.3.1 火焰稳定性21

1.3.2 污染物排放特性21-24

1.3.3 回火特性和熄火极限24-25

1.3.4 层流火焰速度25-26

1.3.5 湍流火焰结构和湍流火焰速度26-28

1.4 等离子体强化燃烧28-30

1.5 本论文结构及探讨内容30-33

2 试验仪器及系统33-45

2.1 激光系统33-38

2.

1.1 Nd:YAG泵浦激光器和TDL90染料激光器33-36

2.

1.2 Brilpant B激光器36-37

2.

1.3 ICCD相机37-38

2.2 燃烧器38-42

2.1 热流量炉38-41

2.2 McKenna标准火焰平面炉41-42

2.3 臭氧的产生和测量42-45

2.3.1 臭氧发生器42-43

2.3.2 臭氧浅析仪43-45

3 基于瑞利散射的典型低热值合成气预混层流火焰温度测量45-63

3.1 引言45-51

3.

1.1 热电偶46-48

3.

1.2 红外测温48-49

3.

1.3 CARS49-50

3.

1.4 瑞利散射50-51

3.2 瑞利散射测温原理51-52

3.3 试验系统及测量52-55

3.4 结果与讨论55-62

3.4.1 瑞利散射测温55-59

3.4.2 热电偶测温修正59-60

3.4.3 合成气的温度测量60-62

3.5 本章小结62-63

4 合成气预混层流火焰速度的Heat flux法测量63-99

4.1 引言63-68

4.2 火焰速度的测量策略介绍68-78

4.

2.1 本生灯法68-70

4.

2.2 停滞流法70-72

4.

2.3 对冲火焰法72-75

4.

2.4 球形爆炸法75-77

4.

2.5 热流量法77-78

4.3 热流量法78-87
4.

3.1 热流量炉78-80

4.

3.2 热平衡原理80-81

4.

3.3 试验改善81-87

4.4 绝热层流火焰速度的测量87-94

4.1 Heat flux测量策略举例87-89

4.2 测量结果与浅析89-91

4.3 误差浅析91-93

4.4 论述计算结果与比较93-94

4.5 预热温度的影响94-96

4.6 本章小结96-99

5 基于OH-PLIF技术的典型低热值合成气湍流预混射流火焰特性99-119

5.1 引言99-101

5.2 层流火焰速度101-106

5.3 湍流火焰结构106-117

5.

3.1 测量系统106-108

5.

3.2 瞬态OH-PLIF图像108-110

5.

3.3 统计学浅析110-113

5.

3.4 湍流强度对火焰结构的影响113-117

5.4 本章小结11论文导读：焰速度的机理探讨152-1597.4本章小结159-1618全文总结161-1658.1结论161-1638.2本论文的革新之处163-1648.3未来工作的展望164-165参考文献165-191附录191-197附录1各种染料的利用波段191-192附录2瑞利散射测温的MATLAB程序192-193附录3湍流火焰速度的MATLAB程序193-197作者简历及在学期间取得的科研成果197-198
7-119
6 基于OH-PLIF测量的典型低热值合成气的湍流火焰速度119-139

6.1 引言119-123

6.2 湍流燃烧速度的探讨近况123-125

6.3 湍流火焰速度的求解原理125-127

6.4 湍流火焰速度的计算127-131

6.

4.1 火焰前锋位置的确定128-130

6.

4.2 火焰前锋面积的求解130-131

6.5 试验结果及讨论131-135

6.6 大涡模似结果比较135-137

6.7 本章小结137-139

7 臭氧强化燃烧的火焰速度测量及动力学机理探讨139-161

7.1 引言139-141

7.2 试验系统与动力学机理141-145

7.

2.1 试验装置与策略141-142

7.

2.2 试验误差浅析142-143

7.

2.3 动力学机理143-145

7.3 结果与讨论145-159
7.

3.1 臭氧对燃烧速度的影响145-147

7.

3.2 动力学机理的验证147-152

7.

3.3 臭氧提升火焰速度的机理探讨152-159

7.4 本章小结159-161
8 全文总结161-165
8.1 结论161-163
8.2 本论文的革新之处163-164
8.3 未来工作的展望164-165
参考文献165-191
附录191-197
附录1 各种染料的利用波段191-192
附录2 瑞利散射测温的MATLAB程序192-193
附录3 湍流火焰速度的MATLAB程序193-197
作者简历及在学期间取得的科研成果197-198