《船用LNG燃料點火與火焰傳播機制研究》是依託武漢理工大學，由張尊華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：船用LNG燃料點火與火焰傳播機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張尊華
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
船用LNG燃料是一種典型的多組分燃料，其基礎燃燒特性並非各單一燃料的簡單線性疊加，深入研究其點火與火焰傳播機制對LNG燃料在船舶動力裝置中的推廣套用具有重要指導意義。本項目將利用定容燃燒彈高速紋影攝像系統和點火能量實時測控裝置，準確獲取船用LNG燃料向外傳播球形火焰的基礎燃燒實驗數據，闡明質量和熱量間的非對等擴散、點火能量和燃料組分對LNG點火及火焰傳播特性影響的內在規律。在此基礎上利用實驗數據驗證並完善LNG燃料燃燒反應動力學機理，構建基於詳細化學機理的火焰動力學與點火熱力學耦合的LNG點火與火焰傳播理論計算模型，以此研究球形火焰前鋒面分子水平的動態精細化結構，探索火核的形成、發展與火焰傳播等演變過程和規律，揭示船用LNG多組分燃料的點火與預混火焰傳播機制。該研究可為船用LNG發動機點火系統的最佳化設計以及LNG燃料安全、高效和清潔燃燒提供重要基礎數據和一定理論支撐。
結題摘要
船用發動機燃用LNG燃料有著較好的節能減排潛力，開展LNG燃料的基礎燃燒特性研究對其在船舶動力裝置中的推廣套用具有重要意義。項目組圍繞LNG燃料點火與火焰傳播機制開展了以下三個關鍵科學問題研究。 第一，利用定容燃燒彈高速紋影攝像系統和點火能量實時測控裝置，深入研究了不同初始溫度、壓力、當量比和Leiws數下點火能量對火焰初期傳播特性的影響規律，發現了點火能量對火焰傳播影響過程中存在最小可靠點火能量（MRIE），即火焰初期傳播速度隨著點火能量的增加而增加，當點火能量達到MRIE後，繼續增加點火能量，對火焰傳播的影響變得不明顯。同時，還發現若選取受MRIE影響的火焰半徑（即參考火焰半徑：RFR）為火焰穩定傳播下限半徑，可有效提高基於球形傳播火焰測量層流燃燒特性參數的準確性。第二，研究了船用LNG燃料成分變化和稀釋氣體的添加等對其層流燃燒特性的影響規律，獲得了大量船用LNG燃料層流燃燒基礎數據，可為船用LNG燃料燃燒化學動力學機理的驗證與最佳化提供重要參考依據。同時，結合一維平面火焰數值模擬，從自由基濃度分布、基元反應敏感性分析以及反應路徑分析等多種化學動力學角度闡明了試驗現象的內在原因，揭示了船用LNG燃料預混火焰傳播機制。此外，項目組還構建了定容燃燒彈受限空間內LNG燃料點火與火焰傳播數值計算模型，首次深入剖析了球形火焰前鋒面溫度、組分濃度分布等動態精細化結構特徵，並以此分析了定容彈溫度場分布對球形火焰傳播過程和層流燃燒速度測量準確性的影響。研究表明，受定容彈內流體介質溫度場不均勻性的影響，球形火焰在傳播過程中，其形狀呈現出一個不規則圓形，從而顯著影響層流燃燒速度的測量。 綜上，本項目研究可為層流球形火焰特徵參數的準確提取提供重要支撐，並為船用LNG發動機的點火系統最佳化設計及LNG燃料的高效清潔利用提供一定參考。
