高温高压下富氢燃料气的燃烧特性研究

The laminar flame speeds and lean flammability limits of hydrogen-rich fuel gas (hydrogen volume fraction> 50%) will be measured under simulated gas turbine conditions. The mechanism of hydrogen-rich fuel gas will be verified by the new experimental data. Firstly, the laminar flame speeds will be measured using the variable pressure dual chambered bomb experiments at 350-700 K initial temperature and 5-30 atm pressure. Then, the lean flammability limits will be measured by counterflow flame at both elevated pressure and temperature. The effects of temperature, pressure, equivalence ratio and H2/CO ratio on the laminar flame speeds and lean flammability limits of hydrogen-rich fuel gas will be investigated. Finnally, the mechainsm of hydrogen-rich fuel gas will be validated by the experimental data, and the complete data base will be provided to opitmize the gas turbine designs.

本申请在模拟燃气轮机实际工况条件下，对富氢燃料气（氢气体积分数>50%)的层流火焰传播速度和贫燃极限进行实验研究，并用得到的数据对高温高压富氢燃料气动力学机理模型进行数值验证。首先采用定压燃烧弹装置测量预热温度350-700K、压力5-30atm下的富氢燃料气层流火焰传播速度。然后利用高压对冲火焰实验台测量富氢燃料气的贫燃极限。研究温度、压力、当量比、H2/CO比对富氢燃料气层流火焰传播速度与贫燃极限的影响。最后，利用实验数据验证富氢燃料气动力学机理模型，并为富氢燃料气燃气轮机优化设计提供完整的基础数据。

DLN 燃烧室燃用富氢燃料气容易出现回火、吹脱、热声振荡等静态与动态不稳定性问题。混合物预混燃烧的层流火焰传播速度和贫燃极限的确定对于燃气轮机燃烧室的稳定工作非常关键。本项目对高温高压下富氢燃料气的层流火焰传播速度和贫燃极限进行实验研究，并用实验数据对富氢燃料气动力学机理进行数值验证。首先采用定压燃烧弹测量富氢燃料气层流火焰传播速度，研究温度、压力、当量比对富氢燃料气层流火焰传播速度的影响。然后采用数值模拟方法研究温度、压力、含氢量对富氢燃料气贫燃极限的影响。最后，利用实验数据验证富氢燃料气动力学机理模型，为富氢燃料气燃气轮机优化设计提供基础数据。依据上述研究，我们得出如下结论：1）层流火焰速度随压力的升高单调减小的主要原因在于三体抑制反应的增强和未燃气体质量密度的增大。2）层流火焰速度随温度的升高而增大是由于温度的增加导致绝热火焰温度增加和反应速率加快。3）CO2稀释能够显著降低层流火焰传播速度，预混气体的层流火焰传播速度随CO2稀释近似线性下降。4）虽然火焰传播速度对应的线性外插的模拟值和实验值之间存在偏差，但这些细小的偏差基本是合理可接受的，这表明了模拟值和球形火焰实验值的可靠性和正确性。5）富氢燃料气可燃极限随压力升高呈单调递增关系，提高预热温度可拓宽富氢燃料气的贫燃极限，随着燃料中氢气含量的增加，富氢燃料气稀释极限先增大后减小。.