掺氢天然气燃烧特性研究：影响因素与稳定性增强

本研究论文探讨了掺氢天然气-空气-氮气混合气在层流燃烧条件下的特性，由西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室的焦琦、苗海燕、黄佐华和蒋德明团队完成。研究在定容燃烧弹实验环境下进行，考察了初始压力为0.1MPa、初始温度为285K时，不同掺氢比（氢气与天然气的比例）和氮气稀释度对火焰传播规律的影响。核心发现包括： 1. 层流燃烧速率：研究发现，随着掺氢比的增加，无拉伸层流燃烧速率呈现出上升趋势，这是因为氢气的高燃烧速率可以加速混合气的燃烧过程。然而，随着氮气稀释度的提升，燃烧速率却有所下降，这可能是因为氮气作为惰性气体，稀释了可燃气体的浓度，降低了燃烧效率。 2. Markstein长度：Markstein长度的变化规律与掺氢比例和当量比密切相关。Markstein长度是衡量火焰稳定性的关键参数，其变化揭示了燃烧过程中热量传递和化学反应的动态平衡。 3. 火焰稳定性：混合氮气显著增强了火焰稳定性，这为优化发动机性能和减少污染物排放提供了理论依据。在实际应用中，氮气的加入有助于控制NOx排放，尤其是在废气再循环（EGR）技术中，通过调整稀释气的比例，可以有效管理燃烧过程中的温度和氧气浓度，以降低NOx生成。 4. 背景与意义：随着能源需求的增长和环保法规的趋严，研究代用燃料如掺氢天然气和降低排放技术变得尤为重要。天然气与氢气的混合可以提高燃烧效率，减少HC（未完全燃烧的碳氢化合物）排放，但同时可能增加NOx排放。因此，深入理解氮气稀释气对燃烧特性的影响，对于优化掺氢天然气发动机的性能和EGR系统的设计至关重要。 这项研究为掺氢天然气-空气-氮气混合气的燃烧特性提供了关键数据，对优化发动机性能、降低污染物排放以及废气再循环技术的发展具有实际价值。后续研究将进一步探索如何在确保燃烧效率和减少有害排放之间找到最佳平衡点。