到目前为止,国内外关于甲烷-氢气混合燃料展开了大量的实验研究,包括氢气对甲烷燃烧着火特性的影响规律等研究。Harris[6]最早作实验研究了CH4与O2预混火焰的稳定性。
Mishra和Kannan[7]深入研究了火焰稳定器当中液化气-空气预混火焰的稳定性和污染物排放。火焰可以稳定在一个低混合比下,同时能够减少排放污染性气体,尤其是减少了大量NO的排放。
张波等[8]对氢气对甲烷-空气预混火焰传播速度的影响规律进行了模拟计算与分析。结果表明:氢气能大幅度提高预混火焰的传播速度,并且当增加初始温度时,氢气对火焰传播速度的促进作用也增大。79498
Kahraman等[9]作了一个有关火花点火发动机污染排放的实验研究。结果表明:当速度和过量空气系数增加时,总的排放值减少。当条件是稀混合气时,CO的排放量也减少,并且增加过多空气系数会降低最大的峰值气缸压力。
Wang等[10]研究了添加氢对甲烷火焰的影响,他们主要分析了添加物氢和生产率对某些特定物种主导反应的影响规律。
王雷等[11]利用软件CHEMKIN模拟了甲烷与氢气混合燃料的燃烧过程,讨论了添加不同浓度的氢气对各种燃烧参数的影响规律。结果表明:随着氢气体积分数的增加,混合物的燃烧速度加快,温度、压力也随之增加,CO与CO2的排放变化不是很大,但NO的排放值稍微有所增加。论文网
Hu等[12]在室温和大气压力下对层流预混甲烷-氢气-空气火焰的燃烧特性进行了实验和数值研究。结果表明:随着氢气体积分数的增加,混合火焰传播速度也增加。
王金华等[13]通过甲烷-氢气混合燃料发动机的燃烧与排放特性的试验研究,发现:随着氢气体积分数的增加,中、低负荷时发动机的有效热效率也增加,大负荷时的有效热效率不仅高而且不随着氢气体积分数的变化而变化。随着氢气体积分数的增加,HC和CO2排放值降低,氢气体积分数大于20%后,NOx的排放大幅增加。从性能和排放分析综合来看,天然气-氢气混合燃料最佳的氢气体积分数为20%左右。
Dai等[14]对CH4-H2和CH4-DME的混合燃料分别进行了非预混和预混式点火的数值研究,并分别讨论了添加H2和DME时对CH4着火特性的影响规律。结果表明:对于非预混燃烧过程,添加H2时促进CH4燃烧比添加DME时更有效。
Hoekstra等[15]对甲烷-氢气混合燃料发动机进行了试验研究,研究结果表明,氢气体积分数为28%和36%的甲烷-氢气混合燃料,在稀燃条件下,NOx排放很少,同时HC排放也增加不大。
Yan等[16]模拟了甲烷/氢气/空气燃烧,研究发现氢气可以缩短甲烷的点火时间和降低点火温度。
Hoekstra等[17]对甲烷-氢气混合燃料发动机进行了试验研究。研究表明:NOx排放量随氢气体积分数的增加而增大,同时,氢气可以明显扩大天然气发动机的稀燃极限,使稀燃极限从当量比Φ=0。7扩展到Φ=0。58(氢气体积分数为30%)。
Li等[18]通过对控制反应和热释放率的分析研究了氢添加剂对富氢甲烷-空气预混火焰热特性的影响规律。研究发现,火焰中的富氢导致了峰值温度梯度、峰值火焰温度和峰值热释放率的增加,而内层火焰温度下降。
张双等[19]基于McKenna层流火焰测试,分别对添加氢和不添加氢的甲烷-空气预混层流火焰开展了实验研究。研究发现:氢气于一定程度上促进了层流火焰的传播速度。
通过以上国内外研究成果可以看出,虽然对添加氢气对甲烷燃烧特性及速度影响的研究有很多,但是到目前为止尚且没有能够点明氢气具体化学作用的影响的研究,本课题的创新点正在于辨识出了氢气的化学作用对甲烷火焰传播速度的影响。