甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究

兵工学报 ›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (2): 230-235.

甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究

张红光¹，白小磊¹, 韩雪娇¹，孙娜²

（1.北京工业大学环境与能源工程学院, 北京 100124; 2.北京交通大学机械与电子控制工程学院, 北京 100044)

收稿日期:2010-07-03 修回日期:2010-07-03 上线日期:2014-05-04
通讯作者: 张红光 E-mail:zhg5912@263.net
作者简介:张红光（1970—），男，教授，工学博士
基金资助:
教育部留学回国人员科研启动基金(32310790200801)；北京市教委科技面上项目(JC310790200901)；北京工业大学第八届研究生科技基金（ykj-2010-3630）

Research on Combustion Characteristics of Methane-Hydrogen-Air Mixture

ZHANG Hong-guang¹, BAI Xiao-lei¹, HAN Xue-jiao¹, SUN Na²

(1.College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124,China;2. School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

Received:2010-07-03 Revised:2010-07-03 Online:2014-05-04
Contact: ZHANG Hong-guang E-mail:zhg5912@263.net

摘要/Abstract

摘要： 通过在定容燃烧室内研究不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比下甲烷—氢气—空气混合气的燃烧压力变化规律，得到了上述条件对混合气最大燃烧压力、最大压力升高率、火焰发展期、燃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：其他初始条件不变时，甲烷—氢气—空气混合气在高温低压时火焰传播的更快；随着甲烷中掺氢比增加，混合气的燃烧速率和最大燃烧压力均逐渐增大，最大燃烧压力出现的时刻提前，最大燃烧压力的变动系数明显降低。通过在定容燃烧室内研究不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比下甲烷—氢气—空气混合气的燃烧压力变化规律，得到了上述条件对混合气最大燃烧压力、最大压力升高率、火焰发展期、燃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：其他初始条件不变时，甲烷—氢气—空气混合气在高温低压时火焰传播的更快；随着甲烷中掺氢比增加，混合气的燃烧速率和最大燃烧压力均逐渐增大，最大燃烧压力出现的时刻提前，最大燃烧压力的变动系数明显降低。

关键词: 动力机械工程, 定容燃烧室, 掺氢比, 甲烷, 压力曲线

Abstract: The combustion characteristics of methane-hydrogen-air mixture in constant volume combustion chamber are studied in the case of different initial temperatures, initial pressure, equivalent ratio and hydrogen blend ratios. The effects of the above conditions on maximum combustion pressure, rate of maximum pressure rise, flame development time, combustion duration, and cyclic variation of maximum combustion pressure are obtained. The results show that the higher temperature and the lower pressure are helpful to achieve the higher flame propagation velocity while other initial conditions keep stable; as the hydrogen fraction increases, both the combustion velocity and combustion peak pressure gradually rise, the appearance time of combustion peak pressure is moved up, and the variation coefficient is obviously lower.

Key words: power machinery engineering, constant volume combustion chamber, hydrogen blend ratio, methane, pressure curve

中图分类号:

TK16

张红光，白小磊, 韩雪娇，孙娜. 甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究[J]. 兵工学报, 2011, 32(2): 230-235.

ZHANG Hong-guang, BAI Xiao-lei, HAN Xue-jiao, SUN Na. Research on Combustion Characteristics of Methane-Hydrogen-Air Mixture[J]. Acta Armamentarii, 2011, 32(2): 230-235.

参考文献

［1］ Zhang H G, Bai X L, Jeong D S, et al. Fuel combustion test in

constant volume combustion chamber with built-in adaptor［J］. Sci China Ser E-Tech Sci, 2010, 53(4): 1000-1007.
［2］ Blarigan P V, Keller J O. A hydrogen fuelled internal combustion engine designed for single speed /power operation ［J］. International Journal of Hydrogen Energy,2002,23(7):603-609.
［3］ Akansu S O, Dulger A, Kahraman N, et al. Internal combustion engines fueled by natural gas-hydrogen mixtures［J］. International Journal of Hydrogen Energy,2004,29(14):1527-1539.
［4］张红光,郑轶,郑国勇,等. 甲烷/空气预混合气在定容燃烧室内的燃烧试验［J］. 北京工业大学学报，2008,34(12):1309-1313.
ZHANG Hong-guang, ZHENG Yi, ZHENG Guo-yong, et al . Study on combustion characteristics of pre-mixed CH₄-air in constant volume combustion chamber［J］.Journal of Beijing University of Technology.2008,34(12):1309-1313. (in Chinese)
［5］张红光,郑轶,郑国勇,等. 采用汽油作燃料的内置横隔板定容燃烧室的开发与试验［J］.兵工学报， 2009,30(5):622-627.
ZHANG Hong-guang, ZHENG Yi, ZHENG Guo-yong, et al. Development and test of the gasoline fueled constant volume combustion chamber with built-in adaptor［J］. Acta armamentar, 2009,30(5):622-627. (in Chinese)
［6］ Liao S Y, Jiang D M, Cheng Q. Determination of laminar burning velocities for natural gas ［J］. Fuel,2004,83(9):1247-1250.
［7］ HUANG Z H, ZHANG Y, ZENG K, et al. Measurements of laminar burning velocities for natural gas-hydrogen-air mixtures［J］. Combustion and Flame, 2006, 146(1-2):302-311.
［8］王金华,黄佐华,苗海燕,等. 利用定容燃烧弹研究天然气掺氢混合燃料直喷燃烧循环变动［J］.内燃机学报，2008,26(5):410-419.
WANG Jin-hua, HUANG Zuo-hua, MIAO Hai-yan, et al. Study of cycle-by-cycle variations of direct injection combustion fueled with natural gas/hydrogen blends using a constant volume bomb［J］. Transactions of CSICE, 2008,26(5):410-419. (in Chinese)
［9］蒋德明,黄佐华.内燃机替代燃料燃烧学［M］.西安交通大学出版社,2007:172-173.
JIANG De-ming, HUANG Zuo-hua. Alternative fuel combustion science of internal combustion engine［M］. Xi'an Jiaotong University Press,2007:172-173. (in Chinese)

[1]	王海宾，赵英虎，高莉，谭迎新，王林变，杨柳. 甲烷爆炸冲击波作用下密闭管道内动物损伤效应试验研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(8): 1639-1647.
[2]	何宁，向聪，李伟，张奇. 硝基甲烷与铝粉混合物燃爆特性实验研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(1): 111-117.
[3]	索文超，许翔，耿飞. 基于计算流体力学的车辆发动机散热器芯部外形优化[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1839-1844.
[4]	王英敏，崔涛，张付军，董天普. 基于局部线性模型树模型的柴油机进气系统漏气和堵塞故障诊断[J]. 兵工学报, 2017, 38(8): 1457-1468.
[5]	叶莹，赵振峰，符代桥, 张付军. 对置活塞轴向发动机同步运动机构空间圆柱凸轮的设计与优化[J]. 兵工学报, 2017, 38(5): 852-858.
[6]	岳广照，刘兴华，仇滔. 柴油机选择性催化还原系统氨泄漏及控制研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(4): 634-642.
[7]	王增全，王正，兰银在，陈泽忠，侯新荣. 某型车用柴油机机体缝合螺栓的可靠性增长研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(3): 433-439.
[8]	邓同晔，徐庆尧，沈双晏. NOx对甲烷点火延迟时间影响的数值研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(3): 476-482.
[9]	王宪成，赵文柱，和穆，杨绍卿，徐冬冬. 柴油机喷油器喷孔积碳对喷雾影响研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(2): 218-226.
[10]	刘胜吉，赵宇超，刘荣利，王建，孙永福. 基于排放特性的小型风冷柴油机燃烧过程研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(12): 2480-2487.
[11]	刘宇航，赵振峰，张付军，谢钊毅, 鲁怡，崔华盛. 对置活塞二冲程柴油机双喷油器碰撞喷雾试验研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(10): 1881-1890.
[12]	仇滔，刘天翔，安晓东，雷艳，代贺飞. 高压共轨喷油器针阀开启与关闭过程规律研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(10): 2069-2074.
[13]	商海昆，董长龙，何剑丰，樊丰，李萍，黄绵敦，谢亮. 二级增压柴油机压缩比和喷油提前角优化研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(1): 20-26.
[14]	张栓录，赵长禄，钟科，赵振峰. 液压自由活塞柴油机的做功影响因素分析[J]. 兵工学报, 2016, 37(3): 394-399.
[15]	穆洪斌，魏巍，闫清东，刘城. 双循环圆液力缓速器叶片顶弧优化设计[J]. 兵工学报, 2016, 37(3): 400-407.