低浓度瓦斯燃烧的化学动力学及稳定性研究-矿业工程(安全技术及工程)专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 河 南 理 工 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文： 低浓度瓦斯燃烧的化学动力学及稳定性 研究 ，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了 特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写 过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的 声明并表示了谢意。 本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 年 月 日 河 南 理 工 大 学 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描 或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。 保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 本 授 权 。 学 位 论 文 作 者 签 名 ： 导师签名： 年 月 日 年 月 日 致 谢 三年的研究生求学生涯，随着硕士毕业论文的完成而即将结束。首先要诚挚 的感谢导师余明高教授的指导，在研究生学习的过程中，无论是论文的选题，研 究方向的确定还是具体研究方法的实现，余老师都给予了精心的指导和细心的安 排。论文能顺利完成，其中凝结了他无数的智慧和心血。余老师渊博的知识、敏 锐的洞察力、严谨的治学态度、诙谐幽默的教学方式及无私奉献、忘我工作的精 神将使我受益终身。他用自己实际行动告诉我们该如何做一名合格的科研工作 者，是我们永远学习的旗帜和榜样。在攻读硕士的三年期间，在学习、工作和生 活各方面都得到了余老师无微不至的关怀和帮助，在此，再次向辛勤培养我的导 师余明高教授表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！ 感谢火灾实验室的于水军教授、路长副教授、王燕、王健、裴蓓、褚廷湘、 贾海林、潘荣锟等老师对我专业知识和论文写作过程中给予的指导和帮助。感谢 赵志军、周世轩、王天政、任鹏同学在共同学习的三年时间里对我学习和生活上 的无私关照，科研上，学习中遇到困难时他们总是第一时间给予我帮助，每次一 起探讨问题总能得到很多启发。感谢中国科学技术大学林其钊教授、李小民博士、 马承飙博士、邓权威博士等提供实验和数值模拟方面的帮助。感谢河南理工大学 火灾实验室中所有的师兄弟、姐妹们的支持与帮助，你们的真挚善良将使我终身 难忘！ 感谢父母长期以来的养育、教导、关心与支持；感谢我的爱人邓权威，感谢 他这么多年来在生活、工作、学习上一直不断地鼓励和帮助，让我度过了一段又 一段艰难岁月，蹒跚的走到了今天。 最后，衷心感谢所有关心和帮助过我的人，种种温馨历历在目，无以回报， 唯有铭记在心。 摘 要 工业上存在着大量 0.1-5%浓度范围内的低浓度瓦斯，这些低浓度的瓦斯由 于可燃成分稀薄，难以被常规燃烧技术所利用，通常被直接排空。将瓦斯直接排 放到大气中，一方面造成了有限的不可再生资源的巨大浪费；另一方面由于甲烷 的强烈温室效应以及对大气臭氧层的破坏，加剧了大气污染。因此，合理利用低 浓度瓦斯具有节能和环保双重意义。低浓度瓦斯燃烧的化学动力学及稳定性是低 浓度瓦斯利用的两个核心问题，本文围绕这两方面问题进行研究，主要工作和结 论如下： 首先，基于激波理论以及甲烷燃烧机理 GRI 3.0，对激波诱导低浓度瓦斯燃 烧进行了理论分析，并在此基础上采用大型燃烧软件 Chemkin 对激波诱导下煤 矿低浓度瓦斯的点火延迟时间进行了数值模拟。通过基元反应敏感性分析、自由 基的峰值分布以及 CH3 峰值时刻与温度梯度最大值时刻的吻合性三方面进行分 析，定义了 CH3 峰值出现时刻为超低浓度瓦斯点火延迟时间。并研究了激波速 度、瓦斯浓度、初始温度、初始压力对点火延迟时间的影响。研究结果表明增加 激波速度、瓦斯初始温度、初始压力会导致点火延迟时间缩短，而瓦斯的浓度变 化对其点火延迟时间影响较小。 其次，采用全混流反应器(PSR)与柱塞流反应器（PFR）模型，对低浓度瓦 斯的燃烧稳定性进行了数值模拟，研究了驻留时间、瓦斯浓度、预热温度、热损 失、瓦斯质量流量等参数对低浓度瓦斯燃烧稳定性的影响。结果表明：（1）要维 持低浓度瓦斯的稳定燃烧，需使驻留时间大于临界驻留时间或质量流量小于临界 质量流量；（2）要使 4%浓度以下的瓦斯稳定燃烧，必须对瓦斯进行预热，瓦斯 浓度每下降 1%，预热温度需提高 200K 左右。（3）热损失会显著降低初始温度， 并进而导致临界质量流量降低。（4）由于点火延迟时间的影响，要维持低浓度瓦 斯的稳定燃烧，需要保证一定的燃烧室长度，且该长度会受瓦斯流量、瓦