基於IGCC的合成氣預混湍流燃燒特性基礎研究

《基於IGCC的合成氣預混湍流燃燒特性基礎研究》是依託西安交通大學，由王金華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於IGCC的合成氣預混湍流燃燒特性基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王金華
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

本項目在青年基金項目“合成氣火焰基礎特性和化學反應動力學機理研究”的基礎上，結合申請人在日本東北大學研究期間高壓預混湍流燃燒和燃燒雷射診斷的研究經歷和成果，利用西安交通大學燃燒基礎研究先進實驗平台，系統開展合成氣預混湍流燃燒的基礎研究。包括湍流尺度與合成氣化學反應尺度耦合作用機理、合成氣旋流火焰穩定性與回火機理、高壓下合成氣預混層流/湍流火焰傳播特性的基礎研究。利用PIV/PLIF雷射測量技術，定量研究合成氣預混湍流燃燒和旋流穩燃燃燒火焰動力學規律和機理。本項目系統性的基礎研究工作將揭示湍流尺度與合成氣化學反應尺度耦合作用機理，闡明壓力、富含氫氣和合成氣組分變化對合成氣預混湍流燃燒和旋流穩燃燃燒火焰動力學的影響規律和作用機理，構建和改進合成氣湍流燃燒模型。研究工作有利於提升我國在湍流燃燒領域的研究水平和國際影響力，為我國自主研發IGCC系統的合成氣重型燃氣輪機提供基礎實驗數據和理論支撐。

結題摘要

本項目系統開展了基於IGCC的合成氣預混湍流燃燒特性基礎研究，包括合成氣層流火焰動力學研究、湍流火焰結構測量與表征、湍流與火焰相互作用基礎研究。 1. 湍流與燃燒相互作用一方面是湍流渦對火焰反應區的擾動，另一方面，火焰自身對湍流和自身固有擾動的回響。火焰自身對固有擾動的回響，即層流火焰動力學理論對於理解湍流與燃燒相互作用非常重要。本項目利用OH-PLIF技術開展了層流火焰不穩定性和火焰動力學基礎研究，包括預混層流火焰傳播、平面火焰不穩定性和預混層流本生燈頂端熄滅結構。發展了層流火焰速度測量數據處理方法，對層流火焰加速傳播過程的過渡階段提出了新的認識。結合平面火焰胞狀結構及其發展過程的定量測量、層流火焰本生燈頂端開口局部熄滅，豐富和發展了層流火焰不穩定性研究工作，為湍流與火焰相互作用研究提供了火焰動力學基礎。 2. 湍流與火焰相互作用表現為複雜的褶皺火焰面凹凸結構，且呈現小尺度與大尺度疊加的多尺度結構，同時由於湍流火焰的隨機脈動特性，其測量與表征非常複雜。湍流火焰結構，物理參數上表現為組分場、溫度場、速度場等標量場分布信息，幾何上體現為凹凸褶皺結構，是理解湍流與火焰相互作用機理，發展和驗證湍流燃燒模型的基礎。本項目利用連續燃燒預混湍流本生燈和OH-PLIF燃燒雷射診斷技術，測量預混湍流火焰結構，發展了火焰結構圖像提取和數據處理方法，發展了3D火焰面密度估計方法，為湍流燃燒實驗研究奠定了基礎。 3. 利用自主發展的可控預混湍流本生燈，採用OH-PLIF燃燒雷射診斷技術，測量了合成氣CO/H2/air、CH4/H2/air、C3H8/H2/air預混湍流火焰在不同初始壓力、不同當量比、不同可控湍流場強度和尺度下的火焰結構，獲得了湍流火焰速度實驗數據，以及火焰面體積、火焰面密度、火焰曲率、火焰分形尺度等定量參數，發展了湍流火焰引導點理論，修正了湍流火焰分區圖。研究結果發展了湍流火焰理論，為湍流燃燒模型構建和驗證提供了理論和實驗數據支撐。