引言随着经济的发展,能源消费量的日益增加与能源储量减少之间的矛盾迫使人类不得不寻找新的替代能源。乙醇可以从煤、天然气和生物质中制取,属可再生能源,来源丰富,十分适合作为载运工具的替代燃料[1]。将乙醇直接在现有发动机上应用,其基本原理是将乙醇重整为富氢混合气后供发动机燃烧,反应式为:C2H5OH+H2O=4H2+2CO。乙醇蒸发和重整所需的热量由发动机的排气余热提供[2]。乙醇重整富氢气体燃料发动机克服了乙醇汽油方案替代率低、对乙醇纯度要求高以及纯乙醇发动机排放醛类有害物质和需对发动机作较大改造等缺点,具有广阔的应用前景。研究乙醇重整富氢气体燃料发动机的燃烧和排放特性,必须了解乙醇重整混合气的热物理性能,因此,开展乙醇重整混合气的燃烧基础研究十分必要。看医学论文就来医学论文网。

定容燃烧弹可以模拟发动机活塞在上止点附近的燃烧。其特点是结构简单,能够方便的改变热力学的参数,湍流参数和点火参数。研究这些参数中单一参数对发动机燃烧过程中性能的影响,是内燃机燃烧理论基础研究中重要的工具和实验平台。利用高速纹影摄影装置和定容燃烧弹,通过记录定容燃烧弹内球形膨胀火焰的生长历程,提取火焰的传播速度,然后通过建立火焰拉伸与火焰传播速度之间的关系,进而推导获得无拉伸层流火焰传播速度、无拉伸层流火焰燃烧速度和燃烧混合气质量燃烧流量等,能精确测量火焰的层流燃烧速度,能很好的对乙醇重整混合气的层流火焰特性进行试验研究。中药学论文欢迎你。

.定容燃烧弹实验系统我们设计了如图1 和图2 所示的定容燃烧弹系统原理图和实验装置图。以研究富氢混合气预混层流燃烧特性,探索诸如过量空气系数、混合气组分、初始压力、初始温度等初始参数对混合气预混层流燃烧的火核形成、火焰传播以及火焰结构的影响。该系统主要由定容燃烧弹、温控系统、混合气配制及供给系统、点火系统、数据测试采集系统等系统组成。在测试液体燃料时,燃烧弹本体用加热带加热。试验中利用分压定律按所需的燃空当量比在容弹中配制均匀混合气,待混合气静止后利用点火电极点燃混合气,同时采用KISTLER 数据采集系统同步采集燃烧压力,并触发高速摄像机拍照,记录火焰的传播过程。

通过压力测量系统、纹影与高速摄影系统可以测得单体内的压力和记录火球的发展过程。可燃气体的层流燃烧速度是混合气状态参数的函数,受未燃气体压力、温度以及燃气物性和当量比等诸多因素的影响,在封闭空间内进行的球形火焰传播过程中,必然伴随着压力和温度的逐渐升高,因此只有在未燃区温度和压力变化范围均很小,并且火焰辐射损失较小的情形下(此时已燃气体经历的是一个准定压绝热燃烧过程)才可以认为此时的火焰燃烧速度是混合气的层流燃烧速度。如图3 为氢气和空气的混合气体在定容弹中心点火成功后,火核呈准球形由已燃区向未燃区扩展图。试验时,容弹中的均匀混合气需要火花点燃,点火能量的引入必然会影响到火焰的传播,为消除点火能量对火焰发展产生的波动影响,要求火焰半径r mm u > 5 ,因此实验所研究的氢气层流火焰速度只在火焰半径r mm u = 5 ~ 25 的范围内进行,在此范围内可以认为已燃气体经历了一个定压绝热燃烧过程,而未燃气体仍保持初始状态。火焰半径数据经过五点三次平滑处理。

预混燃烧气体在定容燃烧弹中的燃烧属于球形膨胀燃烧,对于球形膨胀火焰,拉伸火焰传播速度可由火焰半径与传播时间的关系。

.层流燃烧火焰图像处理高速摄像机以每秒20000 帧记录层流火焰发展历程,要测出火焰半径随时间的变化,工作量巨大,有成百上千幅图片要处理,我们利用计算机图像处理技术,用Visual C++软件编写了测量火焰半径的程序[4,5]。使得实验数据处理的速度和准确性都大大提高。以下是用该程序处的图片总共220 呼吸机相关肺炎的预防与控制张,在处理过程中,火焰大致可以分为三个阶段。

(1)火球初始形成阶段火球初始形成阶段由图xx12.tif~xx21.tif 共10 张图片组成。在该阶段中,由于火焰太小,还未形成稳定火核,检测圆偏小,固检测效果不太理想,计算得到的火球半径值有较大波动。

其计算机处理结果。

)火球正常扩散阶段火球正常扩散阶段由图xx21.tif~xx218.tif 共198 张图片组成。在该阶段中,火核稳定发展,检测效果理想。

(3)火球过大超过拍照视野阶段火球过大超过拍照视野阶段由图xx219.tif~ xx232.tif 共12 张图片组成。在该阶段中,火球超过高速摄像机拍照视野,计算得到的火球半径值剧烈变化,该阶段拍摄的图片视为无效图片,其处理结果。

对 220 张层流燃烧图片的处理结果进行统计:算无效图片,则图片检测正确率为90.5%;不算无效图片,则图片检测正确率为95.2%。220 张图片在电脑上的批处理总时间小于10 秒。

.实验结果分析利用基于 Visual C++的测量火焰半径的程序,能准确快捷的对容弹实验结果进行分析和处理。由于实际的乙醇重整产物成分十分复杂,涉及共有395 步基元反应, 62 种组分(包括自由基物质)[6],本文只对其中的主要气体配比后进行了试验研究与结果分析分析,图示出了H2、H2+CO、75%含水酒精加H2 和CO、75%含水酒精蒸汽以及CO 五种不同燃料在定容燃烧弹中火焰传播距离与时间的关系。图8 示出了H2、H2+CO、75%含水酒精加H2 和、75%含水酒精蒸汽四种燃料容弹压力对比。H2+CO 燃料按H2/CO 摩尔比为2 配制,含水酒精+H2+CO 燃料按75%酒精重整效率为50%时各组分含量配制,过量空气系数都保持可知,H2 的火焰传播速度最快,也印证了其良好的燃烧特性,CO 的火焰传播速度最慢。75%含水酒精+H2+CO 燃料火焰传播速度明显高于75%含水酒精蒸汽,而且从容弹压力图看,75%含水酒精+H2+CO 燃料燃烧较75%含水酒精蒸汽更快,到达最高压力的时间更早,燃烧持续的时间更短。

可看出,由于有少量氢加入,即使是在更稀薄的条件下,75%酒精蒸汽燃料火焰传播速度也较75%酒精蒸汽快。因此,作为发动机燃料,75%含水酒精经过重整后由于富含H2,燃烧特性要优于75%含水酒精蒸汽。

示出了75%含水酒精掺加不同比例的H2 后火焰半径随时间的变化规律。从图中可以明显的看出随着掺氢比例的增加,火焰半径的增长速度明显增大。

示出了不同过量空气系数下H2、2H2+CO(按乙醇重整反应后的H2/CO 摩尔比为2 配制)、75%含水酒精和85%含水酒精的火焰半径随时间的变化规律。

可以看出,随着过量空气系数α 的增大,火焰半径的增长速度明显减小。可看出,85%酒精点火后火焰半径达到5mm的时间比75%酒精长,即着火时间长;但α =1.1 的燃烧速度与75%酒精差别不大,α =1.2 时,半径增长速度比75%酒精快。

.结论)对乙醇重整富氢混合气体,利用压力测量系统、高速纹影摄影和定容燃烧弹装置,获得其层流燃烧火核形成与火焰发展的详细图像信息和压力数据。

)编写了基于Visual C++的火焰边缘检测与图像处理程序,使实验数据处理的速度和准确性都有所提高。

)75%含水酒精经过重整后,燃烧特性要优于75%含水酒精蒸汽,乙醇重整富氢气体燃料发动机较纯乙醇发动机在动力性能上有更大优势。

)过量空气系数α 增大,各燃料的火焰传播速度皆减小;85%含水酒精着火时间时间比75%含水酒精长。