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    国内的研究主要通过将甲醇以纯质燃料或者掺混燃料的方式进行燃烧,对混燃火焰进行数值模拟分析,对燃烧产物进行研究。周庆辉等人[6]将Chemkin中甲醇燃烧动力学反应机理导入Fluent软件中,对各种比例下的甲醇柴油微乳液进行了燃烧模拟计算。张文心等人[7]研究合成气- 甲醇掺烧火焰时,除观测火焰形态外,还测量了火焰温度及烟气中NOx污染物的浓度。郑建军等人[8]基于扩展甲醇氧化机理, 数值分析了不同氮气稀释比下的甲醇-空气-稀释气的层流预混燃烧特性和火焰结构特性。这些实验表明,对于掺混甲醇的燃料来说,一定含量的甲醇能够提高燃烧效率,降低燃烧温度,减少排放中NOx的排放量;对纯甲醇燃料来说,稀释气的增加会导致反应物浓度的下降和火焰温度的下降,甲醇火焰燃烧结构会发生改变。30977
     国外研究现状
        早在1971年12月,美国Vulcan Cincinati Inc就甲醇燃烧进行单独燃烧炉的燃烧试验。试验结果表明,氮氧化物生成量与液化天然气燃烧比,约降低1/3[9]。试验由于存在许多难题尚未解决,当时并没有予以公布。但是甲醇作为一种降低燃料污染物的手段,开始走进许多研究者的视线。
    20世纪末,出于对环境的考虑,各国开始下达卤素系药剂的禁止令,这使得利用水雾扑灭火灾成为大家特别感兴趣的一个问题。学者对灭火的主要机理做出了大量的研究,比如提取热量,减少氧气和衰减辐射热通量。与此相反,当时几乎没有学者研究在扩散火焰中加入水蒸汽后的化学物理方面的现象[10]。论文网
    21世纪初,许多国外学者开始研究水的添加对各类燃烧物质燃烧时产生的火焰的作用。最初进行的都是一些比较基础的研究,比如在正庚烷池火中加入水蒸汽[10]、在甲烷 - 空气扩散火焰中加蒸汽[11]、水对氢和甲烷火焰熄灭和点燃的影响[12]。Richard等人[10]将一池液态水上的庚烷燃烧成一个小规模的正庚烷池火焰,水底下的水加热至沸腾产生的水蒸汽被用于加入扩散火焰中。此外,他们还代替水蒸汽在扩散火焰中注入惰性气体,结果表明水蒸气对煤烟的形成和CO、CO2之间的转换有抑制作用。这些基础研究表明水蒸汽的加入对燃烧温度的作用显著,温度明显降低,且与NOx的生成有关。Zhao等人[11]通过在燃气轮机热电联产系统的甲烷 - 空气逆流的火焰中加入蒸汽,使系统具有较高的热效率并排放较低的污染物。结果表明,在相同的火焰温度下,加入的蒸汽会使OH浓度的增加,进而导致NOx排放的增加。然而同时,加入的蒸汽又会使CH浓度的减少,HCN的生产速率和N基团急剧减少,NO的形成被抑制。
    近几年,也有不少学者对这方面进行了进一步的研究,比如在高温下合成气/空气燃烧火焰中添加水[13]、在层流同轴乙烯/空气扩散火焰中加入水蒸汽[14]。Singh等人[13]通过改变H2含量组合成四种合成气,分别加入水蒸汽,对预混合成气/空气混合物的层流火焰速度进行测定。实验中,预热温度较高时,计算值与实测值两者之间的差异很大。当合成气H2/CO=5/95时,观察到加入20%H2O后火焰速度逐渐增加,再进一步添加水时火焰速度开始降低。然而,当H2含量(H2/CO=50/50)较高时,在燃料-空气混合物中增加水的浓度,火焰速度明显降低。通过对合成气火焰的粗略分析和对反应速率和自由基浓度的数值分析,不同的趋势是加入的水导致化学和物理(稀释和热)作用竞争的结果,这一点与在层流同轴乙烯/空气扩散火焰中加入水蒸汽[14]得出的结论不谋而合。
    相较于早期的基础研究,这些研究除了进行实验式的操作外,还利用各种动力学模型、软件进行数值模拟分析,甚至还有许多通过类似方法进行拓展的研究,比如加入H2对二甲醚射流扩散火焰燃烧特性的影响[15]、氢气和水蒸气的加入对甲烷空气预混火焰层流燃烧速度的影响[16]、水蒸汽的加入对富氧甲烷火焰的层流燃烧速度的影响[17]、压力升高时水稀释对氢气,合成气,以及乙烯火焰的作用[18]。Kang等人[15]将0%H2到100%H2依次加到二甲醚(DME)中,结果表明当燃料混合物中H2摩尔分数超过60%时,混合燃料被转化为H2为主,此时是实际工程中的最佳比例。Boushaki等人[16]和Mazas等人[17]利用实验和数值模拟分析,通过改变氢气、水蒸汽的含量,观察层流燃烧速度的变化,发现H2含量的增加使得层流燃烧速度和绝热火焰温度上升,但加入蒸汽会明显降低燃烧速度和绝热火焰温度。显然加入蒸汽到甲烷-空气火焰中对火焰速度有不可忽略的化学作用。Santner等人[18]针对不同燃烧物的火焰进行了相关的拓展研究,实验和模拟分析均表明添加水蒸气会导致质量燃烧率的单调递减,燃烧速度总是随压力增大,水蒸汽的增加和压力的增加有相同的作用。
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