CO2物理作用对甲烷扩散火焰燃烧特性影响
The Influence of CO2 Physical Effects on the Combustion Characteristics of Methane Diffusion Flames
DOI: 10.12677/se.2025.153006, PDF,    科研立项经费支持
作者: 陈 颖, 吕良海, 白永强, 姚 伟:北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所,北京;王景甫:北京工业大学机械与能源工程学院,北京
关键词: 烟气再循环天然气CO2物理特性火焰基础特性Flue Gas Recirculation Natural Gas CO2 Physical Effects Flame Combustion Characteristics
摘要: 本文以天然气的烟气再循环技术为研究背景,主要研究CO2气体的加入对CH4/空气同轴射流层流扩散燃烧火焰影响。采用数值模拟方法,对CO2气体的物理特性对火焰温度,CH4反应速率峰值和火焰尺寸的影响分别进行分析,为深入研究CH4火焰燃烧特性提供基础模拟理论的分析依据。研究结果显示,当空气中的部分N2被CO2代替后,火焰的燃烧温度会随着当量比的增加而降低,随着CO2体积分数的增加而降低,并且无论是在贫燃料燃烧还是在富燃料燃烧,这种变化趋势保持一致。而CO2的加入因其自身的高比重使得CO2进入燃烧室后具有较大的分子动量,更有利于燃料与氧化剂混合发生反应,因此使得CH4/空气反应速率的峰值升高,但并没有提高CH4的燃烧效率。火焰尺寸不因CO2的加入而发生变化,但随着当量比的增加而减小。
Abstract: This study investigates the influence of CO₂ addition on CH₄/air coaxial jet laminar diffusion flames within the context of flue gas recirculation (FGR) technology for natural gas combustion. Numerical simulations were conducted to analyze the effects of CO₂ physical properties on flame temperature, peak CH₄ reaction rate, and flame dimensions, providing foundational theoretical insights for further research on CH₄ flame combustion characteristics. Results indicate that substituting N₂ in air with CO₂ leads to a reduction in flame temperature, which decreases with both increasing equivalence ratio and CO₂ volume fraction. This trend remains consistent under both fuel-lean and fuel-rich combustion conditions. The introduction of CO₂ enhances the peak CH₄ reaction rate due to its higher molecular momentum, which promotes fuel-oxidizer mixing. However, no significant improvement in CH₄ combustion efficiency is observed. Flame dimensions remain unaffected by CO₂ addition but decrease with increasing equivalence ratio.
文章引用:陈颖, 吕良海, 白永强, 姚伟, 王景甫. CO2物理作用对甲烷扩散火焰燃烧特性影响[J]. 可持续能源, 2025, 15(3): 43-52. https://doi.org/10.12677/se.2025.153006

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