《煤層氣著火基礎特性的實驗與模型研究》是依託西安交通大學，由張英佳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：煤層氣著火基礎特性的實驗與模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張英佳
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以清潔能源煤層氣為研究對象，利用反射激波方法研究初始溫度、壓力、當量比、稀釋氣及大分子烷烴對煤層氣著火延遲期和著火極限的影響規律，擬合適用於預測寬廣條件下煤層氣著火延遲期的Arrhenius關係式；採用平面雷射誘導螢光（PLIF-OH）和可調諧雷射吸收光譜診斷系統測量著火過程中自由基OH、HO2和H2O2濃度及關鍵基元反應速率常數；利用敏感性分析，ROP分析和反應流分析探究主導煤層氣著火化學的關鍵物種和基元反應，評價現有動力學模型的適應性，構建和最佳化煤層氣（C6）詳細機理和適用於CFD模擬的骨架機理。本項目的基礎性研究工作為煤層氣開採過程中出現的自燃、閃爆、爆炸等安全評估提供理論依據，為燃用煤層氣燃燒設備燃燒室的設計和最佳化提供可靠的實驗支撐，為煤層氣燃燒機理的理解提供理論指導。
結題摘要
我國是典型的富煤國家，其伴生資源煤層氣的有效開發和利用已經被列入國家能源規劃的重要發展方向，並作為我國“十二五”能源規劃中17個子規劃之一被率先公布實施。本項目以一次能源低品質煤層氣（LCBM）和二次能源的高品質煤層氣（HCBM）為研究對象，立足於著火基礎特性和燃燒反應動力學研究，開展了大量激波管實驗測量和數值模擬工作。按照本項目的預期規劃和研究方案，基本完成了計畫書中所需開展的研究工作，主要包括：底層機理氫氣（C0_Mech）、一氧化碳（CO_Mech）、甲烷模型（C1_Mech）和乙烷模型（C2_Mech）的綜合評估；高濃度稀釋氣體對氫氣著火延遲特性影響的碰撞理論解析；氫氣存在對HCBM關鍵組分甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）著火過程的影響規律研究，現有動力學模型對甲烷/氫氣，乙烷/氫氣二元燃料燃燒特性預測的適用性評估；雜質NOx、SOx對LCBM著火特性影響的反應動力學量化研究。通過本項目研究，我們證實了15年來一直被國際廣泛使用的核心機理GRI 3.0在高摻氫比下的不適用性，為C0-C4底層基礎動力學模型的進一步發展提供了直接的實驗依據。發現了高稀釋氣存在的條件下，特別是三原子CO2和二原子N2通過三體反應H+O2+M=HO2+M所表現的碰撞效應對氫氣著火延遲特性模擬產生了較大的影響，碰撞效率特別是低壓極限的不確定性導致當前C0_Mech並不能很好地捕捉實驗現象。CBM中NOx的存在改變了甲烷氧化過程中關鍵反應的branching ratio，新的燃燒反應路徑主導了甲烷的消耗，導致活性穩定的甲基通過鏈傳播過程氧化進而加速甲烷的著火。
