氢气和空气预混气体蓄热燃烧特性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 目的及意义

对燃烧产生的能量的利用在人们的生产生活中都发挥不可或缺的作用。燃烧是燃料与氧气或空气在一定条件下进行的伴有放热和发光效应的剧烈的的氧化反应。煤、石油、天然气等燃料的燃烧是国民经济各个部门的主要热能动力的来源。从日常生活中的居室取暖到火力发电厂和锅炉厂的动力生产，从维持汽车发动机的工作到火箭燃烧技术的研发，燃料的燃烧发挥了重要的作用。直接或间接利用燃烧产生的能量在我们所利用的总能量中占80~90%^[1]。

在气体燃烧领域中，存在污染物排放高的问题，特别是民用燃烧器，热效率低、烟气中no_x含量较高，有的高达170ppm。为了降低污染物的排放量，提高燃烧效率，经过学者们的研究已取得了许多有效的方法，如分段燃烧、浓淡燃烧、烟气再循环及组合燃烧等，这些燃烧装置都具有各自独特的优点，能有效地降低污染物no_x的排放，但同时也存在着结构复杂、燃烧效率低、燃烧器体积大的缺点。理论和实践证明，在降低烟气中no_x含量的同时，往往会导致烟气中co含量增加和热效率降低，这是研究开发低no_x燃烧器的难度所在^[2]。多孔介质燃烧技术是一种新颖独特的燃烧方式，它具有燃烧效率高、污染物排放低的优点， 同时，兼有燃烧器体积小、结构紧凑、负荷调节范围广、燃烧稳定等优点，能广泛地应用于家用采暖系统、动力设备、汽车预热系统和各种各样的民用和工业生产过程中^[3]。相对于自由火焰为特征的预混燃烧方式来说，多孔介质中的预混燃烧方式是一项燃烧途径完全不同的燃烧技术，是一种新颖、独特的燃烧方式。它是气体混合物在一种既耐高温、导热性能又好的特殊多孔介质材料里燃烧的过程。

相对于甲烷而言，氢气的能量密度更大^[4]，在氧气中完全燃烧的产物是水，不会产生污染物也不会加重温室效应，是理想的清洁能源。但由于氢气储存难度高、最小起爆能低、爆炸极限范围大，因此氢气的燃烧实验是非常危险而不易开展的，对氢气通常采取数值模拟的研究方法。如果能将氢气与多孔介质蓄热燃烧结合起来，对于增强燃烧的稳定性，提高燃烧效率高都极具益处。

2. 研究的基本内容与方案

拟基于前人对以甲烷为燃料的多孔介质燃烧数值模拟研究^[23-25]的基础上，改变可燃物为氢气，结合相关研究中采取的氢气物理模型和参数设置对氢气/空气蓄热燃烧的燃烧特性运用电脑软件进行模拟分析。

研究的内容有六个方面，可分为三个部分：

一、对火焰稳定性进行研究，通过研究不同当量比和流速及多孔材料性质对火焰状态及火焰面工作位置的影响进行稳定性分析，从而确定相关参数的选择范围；

3. 研究计划与安排

3月12日完成论文选题调整，改为进行模拟研究。确定题目之后，广泛搜集查询相关文献资料，明确研究内容；

3月20日查阅相关文献资料，设计研究思路和方案，完成开题报告。全面系统学习蓄热燃烧相关知识，并完成相关英文文献翻译和开题报告初稿；

3月25日之前完成英文文献翻译和开题报告终稿并上传；之后开始论文的撰写工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李擎擎. 氢气/空气在多孔介质微燃烧器中预混燃烧特性的数值模拟[d]. 天津: 天津大学,2016.

[2] 吴学成, 程乐鸣, 王恩宇, et al.多孔介质中的预混燃烧发展现状[j].电站系统工程,2003（01):37-40.

[3] mbauer s, pickencker o,pickencker k, et al. fifth international conference on technologies andcombustion for a clean environment(clean air v)[c].libson:1999: 519-523