甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
析。利用计算得到燃气的低位热值、理论空气量、理论烟气量、标况密度、价格、单位热 值 价 格、单 位 热 值 所 需 理 论 空 气 量、
单位热值产生理论烟气量等,对规范建筑陶瓷生产过程能耗实时监控、能源优化调度、能耗数 据 管 理 等 具 有 一 定 的 借 鉴 和
指导作用。
关键词
燃气
燃烧
计算
分析
热值
· 46 ·
陶瓷
(综述) 2023 年 10 月
Ce
r
ami
c
s
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
张永伟
李
萍
艾冬华
袁钧宇
(新明珠集团股份有限公司
摘
要
梁益斌
郑锴杰
*
伍志良
广东 佛山 528099)
笔者介绍了甲烷与氢气混合燃烧的具体计算方法,对不同混合比的甲烷与氢气混合 燃 料 进 行 了 理 论 计 算 比 较 分
气压,天然气和氢气价格分别按 5 元/Nm3 和 1.
78 元/
Nm3 计算。具体情况如表 2 所示。
表 2 不同比例混合气的重要性能指标
组成成分
低位热值
百分量(% )
燃气
名称
H2 CH4
kJ
/Nm3
kJ
/kg
理论
理论
空气量
烟气量
(
Nm3
(
Nm3
/Nm ) /Nm )
3
3
H2 -0 0
100 35816.
0.
089
3.
87 0.
1505
3.
55 0.
1535
3.
39 0.
1550
3.
基于OpenFOAM的甲烷掺氢燃烧数值模拟研究
关键词 ：ｒ ｆ Ｉ 烷 ：掺氯 ；定 燃烧 弹；燃 烧特性
Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ — Ｈｙｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ． Ａｉ ｒ ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｏｐ ｅ ｎ ＦＯＡＭ
ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ Ｏｐ ｅ ｎＦ Ｏ ＡＭ ｓ ｏｆ ｔｗａ ｒ ｅ ，ｔ ｈｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ｓ ｔ ｕ ｄｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎｆ ｌｕ ｅ ｎｃ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｈｙｄ ｒ ｏ ｇｅ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ，ｐｒ ｅ — ｅ ｘｐ ｏ ｎｅ ｎｔ ｉ ａ ｌ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ，ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎｅ — Ｈｙｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ — Ａｉ ｒ Ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｂｉ ｎａ ｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｄａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ Ｉ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｒｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ
ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ＷＯ ｒ ｄｓ ： ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ ； Ｈｙｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｅ ｎ ｒ ｉ ｃ ｈ ｍｅ ｎｔ ；ｃ ｏ ｎｓ ｔ ａ ｎｔ ｖ ｏｌ ｕ ｍｅ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｏｍｂ； ｃ ｏ ｍｂ ｕｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ
微尺度条件下CH4_DME掺混燃料燃烧过程反应机理简化及数值模拟研究
大学硕士学位论文摘要近年来，碳氢燃料凭借高能量密度、质量轻、供电时间长等优点迅速吸引了国内外学者们的关注，基于碳氢燃料的微型动力系统获得了广泛研究。
微型燃烧器作为微型动力系统的核心部件，其工作性能与系统能量输出紧密相关。
但不同于常规尺度，微尺度燃烧面临着火焰淬熄和不稳定等挑战。
面对这些挑战，许多强化燃烧、稳定火焰的措施被研究者们提出。
我们课题组提出新的掺混方式，即甲烷/二甲醚/空气预混燃烧。
在前期实验工作中已经发现二甲醚的添加能大幅度拓宽可燃极限，有效促进甲烷的燃烧。
但实验平台测试技术有限，对甲烷掺混二甲醚燃烧的火焰动力学认识还不够充分。
数值模拟相较于实验方法能更便捷的获得燃烧过程的详细信息。
但当下适用于微尺度领域的甲烷/二甲醚混合机理尚未被开发出来。
因此，本文的工作之一是开发出适用于微尺度燃烧的甲烷/二甲醚混合燃料机理。
随后，运用该机理对甲烷/二甲醚/空气预混燃烧火焰动力学展开数值模拟研究，讨论二甲醚增强甲烷/空气燃烧稳定性的作用机制，并计算微燃烧器内的熵产率分析系统的㶲效率。
论文的主要研究工作和创新点如下：（1）采用DRGEPSA软件对甲烷/二甲醚详细化学反应机理进行骨架机理简化。
结合层流火焰速度敏感性分析，开发出适用于微燃烧领域的甲烷/二甲醚混合燃料机理（含有25个组分，96步基元反应）。
该机理能准确预测一个大气压下，当量比0.7至1.5，不同二甲醚掺混比的点火延迟时间、层流火焰速度。
利用所开发的机理，构建甲烷/二甲醚/空气在平板式微型燃烧器内的预混燃烧过程的三维数值模型进行模拟计算。
结果表明，该模型不论是火焰形态，还是吹熄极限，均与实验结果达到良好吻合。
（2）在不锈钢材质的平板式微燃烧器内，通过改变掺混比和当量比，完成了甲烷有无掺混二甲醚的火焰形态和吹熄极限基本对比。
发现掺混二甲醚后新增U型火焰和双峰U型火焰，并且当量比为0.9时倾斜火焰不存在。
讨论了贫燃和富燃条件对甲烷掺混二甲醚的作用原理，解释了添加二甲醚促进甲烷燃烧的主要原因。
甲烷掺氢燃料反应动力学特性分析及机理验证
甲烷掺氢燃料能够显著提高燃烧效率并降低 排放，在较低掺氢比例下即可实现较好的性 能提升。
甲烷掺氢燃料在富氧条件下的燃烧过程中， 氧气浓度和温度对反应动力学特性具有重要 影响。
研究不足与展望
01
尽管甲烷掺氢燃料在富氧燃烧条件下表现出优异的性能，但其掺氢比例的增加 会带来安全性和经济性问题。因此，需要进一步研究如何在提高燃烧效率的同 时，降低掺氢比例。
08
参考文献
参考文献
参考文献1 书籍名称：燃料化学与燃料电池 作者：张明
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THANKS
甲烷燃料反应动力学模 型可靠性分析
分析模型在不同条件下的表现，揭示模型的 可靠性和局限性。
甲烷掺氢燃料反应特性 分析
甲烷掺氢燃料反应机理 验证
研究甲烷掺氢燃料反应过程中的氢气浓度、 温度等因素对反应特性的影响。
通过实验验证甲烷掺氢燃料反应的动力学机 理，揭示反应过程中的关键步骤和影响因素 。
03
掺氢燃料对反应动力学特 性的影响
速率常数影响因素
研究温度、压力、浓度等因素对甲烷掺氢燃料反应 速率常数的影响。
速率常数模型建立
基于实验数据，建立甲烷掺氢燃料反应速率常数的 数学模型。
甲烷掺氢燃料反应活化能分析
1 2
活化能测定
通过实验测定甲烷掺氢燃料在各种条件下的活 化能。
活化能对反应的影响
研究活化能对甲烷掺氢燃料反应速率的影响， 探索活化能与反应速率之间的关系。
掺氢燃料种类及性质
甲烷掺氢燃料
甲烷与氢气的混合物，其中甲烷含量较高，通常作为燃料使用。
氢气性质
高能量密度、高扩散性、高可燃性，是一种优秀的能源载体。
掺氢燃料对反应动力学特性的影响机制
多孔介质反应器中甲烷预混气体燃烧火焰传播特性研究_位纯知
多孔介质反应器中甲烷预混气体燃烧火焰传播特性研究_位纯知Value Engineering 0引言随着当今社会能源需求的增加和化石燃料资源的限制，要求经济和清洁的能源出现。
氢气是环境友好型能源，被认为是一种未来能源[1]。
传统的甲烷重整制氢方式有水蒸汽重整，自热重整和部分氧化重整，但常需催化剂，装置大系统复杂[2]。
将多孔介质超绝热燃烧技术应用到部分氧化重整的领域，可以有效地解决传统重整制氢面临的问题。
多孔介质反应器中燃烧气体对流传热，使固体骨架通过导热和辐射作用将热量传递到火焰的上游预混气体[3]。
因此多孔介质内超绝热条件下反应温度高，反应速度快，燃烧稳定性好等优点。
因此多孔介质燃烧技术在国内外被广泛的研究。
Kim 等研究了甲烷在多孔床燃烧器的贫燃燃烧稳定火焰的位置受混合物平均速度的影响[4]。
Bubnovich 等人对双层氧化铝小球燃烧器的贫燃稳定性进行了研究，火焰可以稳定在两层小球交界面上[5]。
Bubnovich 等人建立惰性多孔介质气体燃烧简单模型预测了燃烧反应区的厚度和燃烧波的波速[6]。
国内的吕兆华等人研究了不同当量比下泡沫陶瓷介质中的燃烧速率[7，8]。
王恩宇、褚金华等对渐变型多孔介质燃烧器中天然气预混燃烧温度分布进行了研究，结果表明其温度分布更均匀燃烧更稳定[9，10]。
为了优化多孔介质反应器的点火启动过程，本文分别以氧化铝小球和氧化铝泡沫陶瓷为多孔介质，对不同流速的甲烷/空气预混气体在不同孔隙率和多孔介质材料的多孔介质反应器内的火焰前沿传播特性进行了研究，试验研究不同多孔介质结构和流速对燃烧波的传播速度的影响。
1实验装置惰性多孔介质燃烧实验系统包括燃料供给系统、燃烧系统、冷却与干燥系统、控制与测量系统。
系统示意图如图1所示。
多孔介质反应器采用内径40mm ，外径60mm ，高410mm 的不锈钢圆管。
圆管轴向开了12个为孔径5.5mm ，孔距20mm 的等间距的小孔。
管壁开孔中安装12根热电偶，相应的温度分别用T1到T12表示。
氢能在燃烧发动机上利用的研究综述
氢能在燃烧发动机上利用的研究综述黄佐华 王金华 黄印玉 张勇 刘亮欣 刘兵 蒋德明西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室摘要：氢气是未来燃烧发动机最有前途的燃料，氢能在燃烧发动机上的规模利用将取决于氢能的规模化制备。
燃氢发动机升功率下降，燃烧控制比较困难，目前燃料成本仍然较高，距离规模化使用还有一定的距离。
天然气掺氢燃烧发动机将是氢能在燃烧发动机上应用最有前途和最具可行性的方式。
天然气掺氢发动机虽开展了一些研究工作，但距离发动机推广使用还有很多研究工作要做，特别是天然气-氢气-空气混合气燃烧基础研究方面和发动机燃烧与控制的基础性研究方面。
主题词：氢能；燃烧发动机；利用Utilization of Hydrogen in Combustion Engine-A ReviewHuang Zuo-hua, Wang Jin-hua, Huang Yin-yu, Zhang Yong,Liu Liang-xin, Liu Bing, Jiang De-mingState Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, ChinaAbstract: Hydrogen is regarded as the most promising fuel for combustion engine while the large scale application of such engine will depend on the large scale production of hydrogen. Pure hydrogen engine will bring power loss of engine and has difficulty in engine controlling besides high cost of the fuel, and those make it still to have a long time before being widely utilized. Addition of hydrogen into natural gas is the most promising and feasible approach for hydrogen utilization in combustion engine, although some preliminary work had been done in natural gas/hydrogen combustion engine, there still has more work needed to be conducted especially in the aspects of fundamental study such as combustion characteristics of natural gas-hydrogen-air mixture as well as the combustion and controlling of the engine.Keywords: Hydrogen; Combustion engine; Utilization前言化石燃料的短缺已成为世界各国面临的主要问题，化石燃料的储藏量有限，预计到本世纪中叶地球上的化石燃料将被消耗完，届时石油替代燃料如天然气、氢气和生物质燃料等将成为燃烧发动机的主要燃料。
甲烷氢气混合气体在空气中燃烧的化学反应方程式
甲烷氢气混合气体在空气中燃烧的化学反应方程式1. 引言1.1 概述甲烷氢气混合气体在空气中燃烧是一种重要的化学反应，具有广泛的应用和研究价值。
甲烷作为一种常见的天然气，在能源领域扮演着重要角色，而氢气则被认为是未来可持续能源的候选之一。
了解这两种气体混合后在空气中燃烧的化学反应方程式，对于理解其能量释放、产物生成以及危险性评估等方面具有重要意义。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行讨论。
引言部分主要概述了甲烷氢气混合气体在空气中燃烧的重要性，并介绍了文章的结构。
接下来，正文部分将首先介绍甲烷氢气混合气体的组成与性质，并探讨燃烧过程中的基本原理和化学反应机制。
随后，在第三部分中，我们将描述实验设计和步骤，并对实验观察结果进行记录与分析。
第四部分将讨论燃烧产物对环境的影响评估，以及提出相应的安全措施和风险管理建议。
最后，在结论部分中，我们将总结主要发现并对未来研究提出展望和建议。
1.3 目的本文旨在深入了解甲烷氢气混合气体在空气中燃烧的化学反应方程式，并通过实验与观察结果的分析，探讨其对环境的影响以及相关的安全问题。
通过这些研究，我们希望为未来能源开发和利用提供参考，并促进可持续性考量与发展方向的探讨。
2. 正文2.1 甲烷氢气混合气体的组成与性质:甲烷氢气混合气体是由甲烷和氢气按一定比例混合而成的。
甲烷（CH4）是一种无色、无臭的可燃性气体，具有较高的能量密度和较低的点火温度。
氢气（H2）是一种轻型无毒的气体，具有极高的能量密度和极低的点火温度。
两者混合后形成的气体在一定条件下可以作为可替代传统燃料的新型能源。
2.2 燃烧的基本原理与化学反应机制:燃烧是指物质与空气中的氧发生化学反应，产生大量热能和光能的过程。
对于甲烷和氢气混合物来说，它们在空气中燃烧主要由以下两个基本反应组成：1) 甲烷与空气中的含量足够多的氧分子发生反应：CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O在这个反应中，一个甲烷分子与两个氧分子反应生成一个二氧化碳分子和两个水分子。
甲烷和氢气辅助正庚烷预混燃烧机理与火焰特性研究
甲烷和氢气辅助正庚烷预混燃烧机理与火焰特性研究面对日益突出的能源和环境问题,有两种具有现实意义的思路和方案被广泛认可:其一是对现代社会的能源结构进行调整,不断开发和使用新型可再生无污染的替代能源;其二是对当前的能源利用方式进行优化,对化石燃料的燃烧过程进行精确控制,从而提高能源转化效率,降低污染物排放。
正庚烷作为长直链烷烃的代表,具有成熟的生产工艺,较高的能量密度,燃烧污染物排放较少可以作为一种新型的替代能源。
但是,正庚烷作为一种液体燃料,燃烧过程比较复杂,燃烧不稳定,燃烧转化率较低,不完全燃烧产物排放较多。
因此,在对正庚烷燃烧特性深入研究的基础上,本文提出可以使用甲烷和氢气作为辅助燃料来提高正庚烷的燃烧稳定性和燃烧转化效率。
目前,对于正庚烷/甲烷和正庚烷/氢气混合燃料燃烧特性的研究主要集中在分析甲烷和氢气的加入对正庚烷点火延迟时间的影响上,对于正庚烷/空气、正庚烷/甲烷/空气和正庚烷/氢气/空气预混燃烧的火焰传播速度、火焰温度以及燃烧的反应动力学特性和燃烧机理的研究还很欠缺。
本文的研究工作有利于深化对正庚烷预混燃烧过程和燃烧路径的认识,揭示甲烷和氢气的加入对正庚烷预混燃烧的影响特性和影响机制,为混合燃料的研究奠定实验和理论基础。
本文获得的主要创新性成果如下:（1）研究得到了正庚烷预混燃烧的火焰特性,对正庚烷预混燃烧路径进行了简化,建立了正庚烷预混燃烧三段式模型,同时发现了C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>是正庚烷燃烧过程的主要中间产物,对正庚烷的燃烧转化效率具有重要影响作用。
正庚烷预混火焰呈淡蓝色,随着正庚烷当量比的增加,正庚烷不完全燃烧程度不断增加,不完全燃烧产物与环境中的空气形成扩散燃烧,不完全燃烧产物增加,火焰上部出现黄色火焰。
正庚烷和氧气作为燃烧反应的初始反应物,在燃烧过程中只有消耗速率,没有生成速率,正庚烷只在初始阶段进行反应,然后被消耗完全,而氧气的消耗反应则贯穿整个燃烧过程。
甲烷燃烧实验探究甲烷燃烧实验
甲烷燃烧实验探究甲烷燃烧实验
甲烷是是最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分，俗称瓦斯，可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料，最基本的氧化反应就是燃烧。
今天我们就通过实验的方式带大家一起学习一下甲烷燃烧的相关内容。
一、实验目的
认识甲烷的物理性质，学会检验生成物中的水和二氧化碳。
二、实验原理
CH4+2O2=点燃=CO2↑+2H2O
三、实验器材
烧杯、导管、试管、酒精灯、贮气装置、甲烷
四、实验步骤
1、为了防止甲烷中混有氧气，在点燃时发生爆炸，所以点燃前要验纯;其验纯的操作为：用排水法收集一小试管甲烷，然后靠近点燃的酒精灯，如果发出“噗”的声音则表明纯净，如果发出尖锐的爆鸣声则表明不纯净。
2、观察甲烷的颜色、状态，发现甲烷是无色无味的气体状态，家用的天然气通常会具有一种特殊的气味，那是为了安全而添加的人工气味，通常是使用甲硫醇或乙硫醇。
3、点燃从导管放出的甲烷，在火焰的上方罩一个冷而干燥的烧杯。
观察点然后的实验现象，会发现冷而干燥的烧杯杯壁上出现小水珠，说明生成了水。
4、迅速把烧杯倒过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡。
观察实验现象会发现，澄清的石灰水变浑浊，说明生成了二氧化碳。
五、实验结论
甲烷能够被点燃，说明甲烷具有氧化性和可燃性，这种氧化性在能量变化方面表现为放热，因此在日常生活中可以用于做饭等等。
甲烷掺氢稀释燃烧的燃烧及排放特性试验
ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ａ ｔ ｈｅ ｔ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｏ ｆ １ ５ ０ ０ ｒ ｐ ｍ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｈａ ｔ ｔ ｉ ｎ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｒ ａ ｎｇ ｅ ｏ ｆＦ． Ｄ． Ｒ． ｎｄ ａ Ｈ． Ｓ． Ｒ．． ｄ ｉ — ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈａ ｓ ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ＢＭ ＥＰ ａ ｎｄ ｂ ｒ ａ ｋｅ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎｃ ｙ，ａ ｎｄ ＮＯＹ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎｓ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ — ｌ ｙ ．Ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ Ｆ． Ｄ． Ｒ．ｃ ｏ ｎ ｄｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ，ＢＭ ＥＰ，ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ，ＴＨＣ ａ ｎｄ ＣＯ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎｓ ａ ｌｌ ｇ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｓ ｅ ． Ｈｏ ｗｅ ｖ ｅ ｒ． ｉ ｎ ａ ｃ ｅ ｔａ ｒ ｉ ｎ ｒ ａ ｎｇ ｅ ｏ ｆ Ｆ． Ｄ．Ｒ． ｉ ｄ ｅ ｌ ａ ｆ ｕ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ Ｃ ｎ ａ ｂ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｏ ｎ ｈｅ ｔ ｂａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂｒ ａ ｋ ｅ ｈｅ ｔ ｍ ａ ｒ ｌ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｎｄ ａ ＮＯ ｅ ｉ ｓ ｍ ｓ ｉ ｏ ｎ．
２ ． 大连理工大学 内燃机研究所 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ４ ； ３ ． 大连 民族学院 机 电信息工程学院 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ６ ０ ５ ）
摘要 ： 在一 台转速 固定的火花点火发动机上进行 了 Ｃ Ｏ ： 稀释对 Ｈ ：一Ｃ Ｈ４ 混合燃 料燃烧及排放 性 能影响的试验研究 。结果表明 ， 在一定 Ｆ ． Ｄ． Ｒ 和Ｈ ． Ｓ ． Ｒ ． 范 围内 ， 稀释燃烧对 Ｂ ＭＥ Ｐ和热效率影 响不大 ， Ｎ Ｏ 排放量则明显下降 。在较高 Ｆ ． Ｄ． Ｒ ．条件下 Ｂ ＭＥ Ｐ、 热效率 、 Ｔ ＨＣ以及 Ｃ Ｏ排 放均有 所恶化 ， 但在一定 的 Ｆ ． Ｄ ． Ｒ ． 条件下仍能够建立起较大 的以热效率 和 Ｎ Ｏ 排放 为依据 的甲烷掺氢
微细尺度下掺氢对甲烷燃烧与熄火特性影响的数值的分析研究
Numerical investigation on the effect of hydrogen addition on micro combustion and extinction characteristics of methane-airA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMaster’s Degree of EngineeringByTang WeiminSupervised by Associate Prof. Yan YunfeiSpecialty: Power Engineering andEngineering ThermophysicsCollege of Power EngineeringChongqing University, Chongqing, ChinaMay, 2015中文摘要I摘 要随着微型装置及系统如传感器、微型飞行器、微型医疗器械、微泵、微型马达等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事等领域越来越广泛的应用，与其相匹配的能源动力装置已成为制约其发展的瓶颈，其中微型燃烧器是微电子机械系统十分理想的动力装置。
它以能量密度高、寿命长、体积小、质量轻等优点，受到了研究者的重视。
但燃烧器的尺寸缩小到厘米级或毫米级后，其表面散热损失的影响急剧增大，燃料在燃烧室内的停留时间显著缩短，很多情况下燃烧室的特征尺寸小于火焰的熄火距离，这些都使得在微尺度燃烧器内维持稳定、高效燃烧变得非常困难。
另外，催化剂常用的贵金属对O 2的选择性优先于CH 4，催化壁面的空位活性中心将会优先被O 2所占据，这将会导致CH 4吸附与表面反应受到抑制。
常采用添加少量氢气的办法，抑制壁面产生大量的O(s)，但掺氢对燃烧的具体影响机制尚未有明确答案。
微型动力装置内掺氢甲烷燃烧特性
微型动力装置内掺氢甲烷燃烧特性
微型动力装置内掺氢甲烷燃烧特性，主要指的是当氢甲烷在微型动力装置中燃烧时，所产生的火焰、热量以及气体组成等特性。
氢甲烷燃烧有三个过程，分别是燃烧、热量以及气体组成。
首先，当氢甲烷在微型动力装置中燃烧时，它将会产生出一个明亮的火焰。
这种火焰非常易燃，因此如果不小心处理，可能会造成火灾。
其次，氢甲烷燃烧会产生大量的热量，这对使用该燃料的微型动力装置来说是非常重要的，因为这些热量将可以用来提供机器的能源。
最后，氢甲烷燃烧还会产生大量的气体，包括二氧化碳、水蒸气以及一些有害的气体，如一氧化碳和氮氧化物。
微型动力装置内掺氢甲烷燃烧特性
微型动力装置内掺氢甲烷燃烧特性禹莉莉;王谦;黄蓉;赵岩;柏金【摘要】针对微型动力装置存在的燃烧不稳定问题,研究了甲烷掺氢在圆柱型微燃烧室内的燃烧特性.确定了甲烷掺氢燃烧的空间气相化学反应机理,建立了自由活塞动力装置三维立体模型.在试验基础上,基于Fluent软件,数值模拟了甲烷掺混氢气和空气的燃烧过程,研究了掺氢比对微压燃着火界限、着火时刻、着火燃烧过程以及临界压燃初动能等的影响,分析了不同掺氢比条件下混合燃料的燃烧特性.研究结果表明:当物质的量比为0.5时,掺入氢气可拓宽压燃气体着火界限,提高着火燃烧可靠性,使着火时刻提前.因氢气热值远低于甲烷热值,随掺氢比增大,活塞做功能力减小.当掺氢比为10％～20％时,装置具有稳定的燃烧性能和高做功能力.【期刊名称】《河南科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】7页(P30-36)【关键词】掺氢甲烷;微燃烧室;均质压燃;掺氢比;数值模拟;燃烧特性【作者】禹莉莉;王谦;黄蓉;赵岩;柏金【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TK46+3;TK4310 引言随着传感器、微小型飞行器以及各种便携式装置的不断发展，作为其动力源的微型动力装置也逐渐成为国内外研究热点。
与传统的锂电池相比，燃用碳氢燃料的微型动力装置不但体积小、质量轻、可以长时间持续供能，而且在高能量密度方面表现突出，其能量密度有望突破100 kW/kg，因此，被称作动力机械发展的第4个里程碑[1]。
微型动力装置作为微机电系统和便携式移动装置的核心部件，其关键问题是如何实现其内部高效稳定的燃烧过程。
文献[2-3]最早提出了微型自由活塞发动机的概念，对微型自由活塞发动机单次压缩着火进行了试验研究。
氢气甲烷空气预混气体爆燃特性及抑制规律研究
氢气/甲烷/空气预混气体爆燃特性及抑制规律研究天然气已被广泛的使用,但由于其本身燃烧特性的限制,其燃烧效率在实际的应用中不能满足能源高效利用的需求,如燃烧极限窄、燃烧速率慢等。
在天然气中加入氢气可以降低混合燃料的点火能量并提高燃烧速率,但氢气混合燃料火灾爆炸事故的危险性显著增加。
为了更好地在生产实际中安全使用氢气/甲烷/空气预混燃料,本文对氢气/甲烷/空气预混气体的爆燃特性及抑制进行了实验研究。
实验内容包括:不同条件下预混气体爆燃规律研究,粉体表征及甲烷条件下抑爆粉体最佳浓度的确定,预混气体抑爆特性及机理分析。
通过研究获得以下研究成果:在自主搭建的实验平台上研究了湍流、管道长度和不同点火位置对火焰传播特征影响,发现:当氢气的添加比例小于70%时,湍流对气体的爆燃有促进作用;当氢气的添加大于70%时,静态条件下气体的爆炸压力高于湍流条件下的爆炸压力;长管火焰传播过程中各个氢气添加比例下都有郁金香型火焰结构,而短管则不能形成;点火位置IP与氢气添加比例φ对火焰前锋发展与火焰传播速度的影响呈现不同规律,可分为三类。
当氢气添加比例不超过0.75时,仅当IP位于管道中后部时,超压出现周期性振荡,且点火位置距泄爆端越近,振荡时间越长。
通过粉体抑爆系统对预混气体的爆燃进行粉体抑制,分析了粉体对火焰结构、爆炸压力和火焰传播速度的影响。
各粉体的在甲烷条件下最佳浓度分别为氢氧化镁为0.24g/L、碳酸氢钠为0.2g/L、二茂铁为0.24g/L和磷酸二氢铵为0.2g/L。
抑制甲烷爆炸方面,碳酸氢钠粉体优于其他三种粉体,当氢气添加比例较低时,碳酸氢钠和磷酸二氢铵粉体使火焰前锋产生破碎的现象,其他两种粉体则未出现。
碳酸氢钠、磷酸二氢铵、二茂铁和氢氧化镁四种粉体分别在氢气添加80%、70%、100%和80%及以上时无抑制效果。
从火焰传播速度而言,碳酸氢钠和磷酸二氢铵对于氢气添加比例较低的预混气体具有较好的抑制效果,当氢气添加比例在20%时两者火焰锋面与火焰速度关系基本为一条直线。
氢气甲烷扩散火焰特性试验研究_刘明玮
收稿日期：2017-09-14基金项目：江苏省大学生创新创业训练计划项目（201714000007Y ）作者简介：刘明玮（1991—），女，江苏江阴人，助教，硕士，毕业于英国谢菲尔德大学，环境与能源工程专业，主要研究方向：热能工程。
摘要：燃烧的基本特性如抬举高度、层流燃烧速度以及射流出口速度等与燃烧装置的设计有关。
对纯氢气火焰、氢气／甲烷、氢气／甲烷／CO 2扩散火焰的抬举高度和射流出口速度进行了实验研究，并对层流燃烧速度进行了分析。
研究认为，抬举高度随着射流出口速度的增加而线性增加。
层流燃烧速度随氢气体积分数的增加呈指数增长，特别当氢气体积分数＞40%以后，层流燃烧速度随氢气体积分数显著增加。
关键词：扩散火焰；抬举高度；层流燃烧速度；射流出口速度中图分类号：TK16文献标志码：A文章编号：1005－7676（2017）04－0050－04LIU Mingwei 1,ZHU Wenhui 2（1.Jiangsu Open University,Nanjing 210036,China;2.The City Vocational College of Jiangsu,Nanjing 210036,China）The basic combustion characteristics of the fuel such as liftoff height,laminar burning velocity and jet exit velocityare directly related to the designing of the combustion device.This paper explores liftoff height and jet exit velocity of H 2,H 2/CH 4and H 2/CH 4/CO 2diffusion flames experimentally.Besides,laminar burning velocity is also studied in detail.From the research,jet liftoff height increases linearly along with the increasing of jet exit velocity.In addition,laminar burning velocity increases exponentially corresponding to the increasing of hydrogen concentration.Especially after hydrogen concentration is over 40%,laminar burning velocity increases significantly along with hydrogen concentrationincreasing.diffusion flames;liftoff height,laminar burning velocity;jet exit velocity氢气／甲烷扩散火焰特性实验研究刘明玮1，竺文惠2（1.江苏开放大学，南京210036；2.江苏城市职业学院，南京210036）1实验设计1.1实验设备与流程实验中的燃料气体由氢气、甲烷和CO 2组成，通过调节三者的流量后在管道中混合，最终通过管道到达直径为2mm 的燃烧器，见图1。
管道中氢气甲烷混合燃料爆燃预混火焰传播特征研究
管道中氢气/甲烷混合燃料爆燃预混火焰传播特征研究瓦斯爆炸是我国煤矿井下最严重的灾害事故之一,往往造成重大人员伤亡和财产损失。
为了更好地预防瓦斯事故的发生,国家大力推广煤层瓦斯抽采,并对抽采出来的瓦斯进行综合利用。
然而对抽采瓦斯的工业综合应用受到了其本身燃烧特性的限制,如较高的点火温度,较低的层流火焰速度以及较窄的燃烧极限等,因此向甲烷中添加氢气作为一种可行的解决问题方式近年来受到了学者们大量关注。
但加氢后改变了甲烷的燃烧特性,会显著降低混合燃料的点火能量,提高燃烧速率以及拓宽燃烧极限,进而显著增加氢气/甲烷混合燃料火灾爆炸事故的危险性,因此需相应开展氢气/甲烷混合燃料爆炸预混火焰传播过程研究。
本文以预混火焰结构、火焰传播速度以及超压等特征参数为研究对象,通过实验与数值模拟研究了氢气/甲烷/空气混合燃料爆燃预混火焰传播特征。
通过研究获得的主要成果如下:(1)通过开口管道实验研究了添加氢气与管道尺寸变化对火焰传播特征影响,发现添加氢气能够明显缩短火焰传播到管道出口所需时间,同时爆炸压力峰值随着氢气体积分数增大而增大。
开口管道中“郁金香”火焰现象随着管道截面与氢气体积分数的增大而逐渐消失,而随着管道长度的增大而变得更加明显。
此外,不管有无“郁金香”火焰形成,最大火焰传播速度出现在长径比为10的管道中。
爆炸超压峰值均随着管道截面面积增大而下降且随着管道长度增大而增大。
反之到达超压峰值所需时间随着管道截面与长度增大均出现上升。
(2)通过闭口管道氢气/甲烷预混火焰传播实验,分析了长径比对火焰传播特征影响。
所有工况下均能观测到明显的“郁金香”火焰现象,但当管道长径比最小时,只观察到了经典的“郁金香”火焰形成。
随着氢气体积分数与管道长径比的变化“郁金香”火焰形成之后会分别以准平面结构、“郁金香”结构以及扭曲的“郁金香”结构火焰传播。
火焰传播速度变化与超压密切相关,二者均随氢气体积分数增大而增大,且随着氢气体积分数与管道长径比的增大出现震荡并逐渐增强。
基于chemkin的甲烷掺氢燃烧机理研究
基于chemkin的甲烷掺氢燃烧机理研究甲烷掺氢燃烧机理是研究甲烷和氢气在不同温度和压力条件下如何燃烧的过程。
用chemkin来研究这个机理可以用来计算反应速率常数和产物浓度，并且可以用来模拟燃烧实验的结果。
在用chemkin研究甲烷掺氢燃烧机理时，首先需要确定燃烧反应的化学方程式。
然后，需要确定每个化学反应的速率常数，这可以通过从实验数据中拟合得到。
最后，可以使用chemkin来模拟甲烷掺氢燃烧的过程，并预测在不同的温度和压力条件下的燃烧行为。
研究甲烷掺氢燃烧机理的重要性在于，这可以帮助我们了解燃烧过程中的化学反应机理，并且可以用来设计更高效的燃烧装置，比如发动机或锅炉。
这也有助于我们了解燃烧过程中的污染物排放情况，并且可以用来开发减少污染物排放的措施。
Chemkin是一种用于计算化学反应速率常数和预测燃烧过程的软件工具。
在研究甲烷掺氢燃烧机理时，可以使用Chemkin来计算燃烧反应的速率常数和产物浓度。
首先，需要确定燃烧反应的化学方程式。
在甲烷掺氢燃烧的情况下，常用的化学方程式如下：CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2OCH4 + H2O -> CO + 3H2CH4 + 2OH -> CH3 + H2OCH4 + 2HO2 -> CH3 + H2O2其中，CH4是甲烷，O2是氧气，H2O是水，CO2是二氧化碳，H2是氢气，OH是自由基氧，HO2是过氧化氢，CH3是甲基。
然后，需要确定每个化学反应的速率常数。
速率常数可以通过从实验数据中拟合得到。
实验数据通常包括反应温度、压力、浓度等信息。
拟合过程中需要考虑化学反应的温度依赖性和压力依赖性。
最后，可以使用Chemkin来模拟甲烷掺氢燃烧的过程，并预测在不同的温度和压力条件下的燃烧行为。
Chemkin通过数值求解化学方程组来计算燃烧反应的速率和产物浓度。
在甲烷掺氢燃烧过程中，需要注意的一个重要因素是燃烧速率。
燃烧速率受到很多因素的影响，包括温度、压力、燃料浓度、氧气浓度、燃烧室的形状等。
氢 甲烷
燃料
01 研究背景
03 热值特性
目录
02 研究现状 04 甲烷和氢的呼气检查
基本信息
氢/甲烷是一种燃料，主要成分是氢和甲烷的混合成份。其比例不同带来的燃烧效果会不同。也可用作医学检 查。
研究背景
研究背景
天然气作为一种常见的清洁能源被广泛应用于各行各业的生产与生活之中。然而，由于甲烷（CH4）中C－H 键能较大，致使天然气燃烧速率慢，火焰传播速率低，稀燃时燃烧不完全，因此造成了天然气实际使用时热效率 低、燃烧循环变动率大的缺点。针对甲烷燃烧特性的不足，可通过添加氢气有效提高甲烷的燃烧效率和火焰传播 速度，并降低污染物的排放量。Salzano等研究了在密闭柱形容器内初始压力对不同含量的氢气/甲烷混合气体最 大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和燃烧速率的影响。贾宝山等通过氢气促进瓦斯爆炸实验发现随着氢气含量 的增加，瓦斯引爆时间逐渐缩短，爆炸强度随之增大；Wu等在竖直管道中研究了氢气添加对甲烷爆炸的影响，结 果表明在输入热能相同的条件下，氢气添加提高了混合气体的总热通量；Faghih等研究指出，当混合气体中氢气 比例超过70%时，爆燃指数随着氢气的继续加入成倍增长；Ma等认为，在泄爆条件下，当氢的比例低于50%时，压 力最大上升速率轻微增加，而氢的比例高于50%时压力最大上升速率显著增加。针对以上成果，现有的甲烷/氢气 混合气体爆炸特性研究主要集中于部分氢气添加比例下，而大范围氢气添加的研究较少，因此开展大比例含氢甲 烷/空气预混气体的爆炸特性研究是十分有必要的。
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5、产甲烷细菌存在的部位和多少。中国约只有三分之一的人群存在产甲烷细菌。且主要存在于降结肠部位， 并且数量很少。如果甲烷含量过高，或者提前出现，可以反映产甲烷菌移位或者量过高。目前报道，甲烷可以导 致肠道蠕动减慢，刺激肠壁发炎，与便秘和大肠癌存在高度相关性。
氢气甲烷呼气实验报告
一、实验目的1. 掌握氢气和甲烷呼气实验的操作方法。
2. 了解氢气和甲烷的性质，观察其燃烧现象。
3. 通过实验验证质量守恒定律，分析实验结果。
二、实验原理1. 氢气（H2）的性质：无色、无味、密度小于空气，熔点-259.2℃，沸点-252.77℃，难溶于水。
氢气具有可燃性，燃烧时产生淡蓝色火焰，生成水。
2. 甲烷（CH4）的性质：无色、无味、密度小于空气，熔点-182.5℃，沸点-161.5℃，难溶于水。
甲烷具有可燃性，燃烧时产生蓝色火焰，生成二氧化碳和水。
三、实验用品1. 火柴2. 氢气瓶3. 甲烷瓶4. 干燥的小烧杯5. 澄清石灰水6. 玻璃棒7. 烧杯8. 玻璃片9. 集气瓶四、实验步骤1. 准备工作a. 将氢气瓶和甲烷瓶分别置于干燥的桌面上。
b. 检查集气瓶、烧杯、玻璃棒等实验用品是否干燥。
2. 氢气呼气实验a. 点燃火柴，将火焰靠近氢气瓶口，观察氢气燃烧现象。
b. 将干燥的小烧杯罩在火焰上方，观察烧杯内壁是否有水珠生成。
c. 将蘸有澄清石灰水的小烧杯罩在火焰上方，观察石灰水是否变浑浊。
3. 甲烷呼气实验a. 点燃火柴，将火焰靠近甲烷瓶口，观察甲烷燃烧现象。
b. 将干燥的小烧杯罩在火焰上方，观察烧杯内壁是否有水珠生成。
c. 将蘸有澄清石灰水的小烧杯罩在火焰上方，观察石灰水是否变浑浊。
五、实验现象及分析1. 氢气呼气实验a. 氢气燃烧时产生淡蓝色火焰。
b. 烧杯内壁有水珠生成，证明氢气燃烧生成水。
c. 澄清石灰水无变化，证明氢气燃烧不生成二氧化碳。
2. 甲烷呼气实验a. 甲烷燃烧时产生蓝色火焰。
b. 烧杯内壁有水珠生成，证明甲烷燃烧生成水。
c. 澄清石灰水变浑浊，证明甲烷燃烧生成二氧化碳。
六、实验结论1. 氢气燃烧时只生成水，不生成二氧化碳。
2. 甲烷燃烧时生成二氧化碳和水。
3. 通过实验验证了质量守恒定律。
七、注意事项1. 实验过程中注意安全，避免火灾和爆炸事故。
2. 实验用品需保持干燥，以免影响实验结果。
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烧 速 率 和 最 大 燃 烧 压 力 均 逐 渐 增 大 ， 大 燃 烧 压 力 出现 的 时 刻 提 前 ， 大 燃 烧 压 力 的 变 动 系 数 明 显 最 最
降低 。
关键 词 ：动力 机械 工程 ；定容 燃烧 室 ； 氢 比 ；甲烷 ；压力 曲线 掺
中 图分 类 号 ： Ｋ ６ Ｔ １ 文献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ０１９ （ ０ ） ２０ ３ －６ １０ ・ ３ ２ １ ０ －２ ００ ０ １
摘要 ：通过在 定 容燃 烧 室 内研 究不 同 的初始 温度 、 始压 力 、 空 当量 比 、 氢 比下 甲烷～ 氢 初 燃 掺 气一 空 气混合 气的燃 烧压 力变化规 律 ， 到 了上述条 件 对 混合 气 最大 燃 烧压 力 、 大压 力 升高 率 、 得 最 火 焰发展 期 、 烧持续 期 以及 最 大燃 烧 压 力 循环 变动 的 影 响。研 究结 果 表 明 ： 燃 其他 初 始 条 件不 变 时， 甲烷一 氢气一 空气 混合气在 高温低 压 时火焰传 播 的更 快 ； 着 甲烷 中掺 氢 比增加 ， 合 气 的燃 随 混
第 ３ ２卷 第 ２期
２０１ １年 ２ 月
兵
工
学
报
Ｖ０ ． ２ １ ３ ＮＯ ２ ． Ｆ ｂ． ｅ ２ １ Ｏｌ
பைடு நூலகம்
ＡＣＴＡ ＡＲＭ ＡＭ ＥＮＴＡＲＩ Ｉ
甲烷 掺 混 氢气 的燃 烧特 性 试 验 研 究
张 红 光 ，白 小 磊 ，韩 雪 娇 ，孙 娜
（． １ 北京 工 业 大 学 环 境 与能 源 工 程 学 院 ，北 京 １０ ２ ；２ 北 京 交通 大学 机 械 与 电 子控 制 工 程 学 院 ， Ｅ １０４ ） ０ １４ ． ｊ 京 ００ ４
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