天然氣組分燃料層流燃燒特性模擬研究.pdf

1、天然氣作為替代燃料的一種，受到了廣泛的關注。以天然氣為燃料能夠減少對石油基液體燃料的依賴，同時降低污染物的排放。天然氣是一種復雜的混合物，其主要包含甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等組分。對于天然氣及其組分燃料的預混層流燃燒特性，國內外已經開展了一些研究，但研究中所使用的天然氣具有一定的地域特性，各組分燃料預混層流燃燒特性之間的差異也缺乏深入的對比和分析。因此，本文以天然氣及其組分燃料為研究對象，利用化學動力學機理對其預混層流燃燒特性進行數值模擬

2、研究。
　　首先，本文利用化學動力學軟件CHEMKIN PRO模擬了天然氣組分燃料的一維平面火焰，詳細研究了初始條件對天然氣組分燃料預混層流燃燒速度的影響規(guī)律，并對天然氣組分燃料的火焰結構、層流燃燒速度敏感性以及反應路徑進行了分析；接著，根據天然氣組分燃料的層流燃燒特性，本文初步構造了一種天然氣替代物模型燃料，并對其預混層流燃燒特性進行了研究；最后，在上述模擬計算的基礎上，本文對天然氣組分燃料的火焰不穩(wěn)定性進行了分析。本文得到的主

3、要結論如下：
　　(1)天然氣組分燃料中，甲烷的層流燃燒速度最低，乙烷的層流燃燒速度最高，丙烷和丁烷的層流燃燒速度介于甲烷和乙烷之間。結合化學動力學分析，可以看出主要活性基（H、O和OH）濃度之和的最大值與層流燃燒速度之間具有一定的關聯(lián)性；燃燒過程中的絕熱火焰溫度對層流燃燒速度也起到一定的控制作用；根據反應路徑分析，可以看出低碳烷烴的燃燒過程中伴隨有比其碳原子數高的烷烴生成。
　　(2)基于天然氣組分燃料的層流燃燒特性，本文

4、初步構造的天然氣替代物模型燃料具體成分為甲烷90％、乙烷4.5%、丙烷3%和丁烷2.5%。該模型燃料能夠較好地反映出實際天然氣的預混層流燃燒特性。
　　(3)在相同條件下，甲烷火焰的流體動力學不穩(wěn)定性最低，乙烷火焰的流體動力學不穩(wěn)定性最高；通過熱擴散不穩(wěn)定性評價參數的對比可以發(fā)現，甲烷火焰的熱擴散不穩(wěn)定性隨著當量比的增加不斷降低，乙烷、丙烷和丁烷火焰的熱擴散不穩(wěn)定性隨著當量比的提高不斷增強；馬克斯坦長度的變化趨勢也證明了這一現象。