摘 要

能源问题和环境问题一直是社会关注的焦点，如何更有效地节约能源和推动能源洁净化，将一直是国家能源的主要政策。燃烧目前仍然是获取能源的主要方式，研究内燃机内的燃烧反应是非常有必要的，但是由于内燃机实际工作过程比较复杂，控制每个循环燃烧的边界条件也很困难，导致实验结果的重复性较差，无法保证实验结果的准确性。为了更好地研究内燃机的燃烧过程，研究人员提出并开发了各种各样的燃烧动力学实验装置。

目前，可以用来模拟燃烧和测量相关参数的实验装置有很多，本文按照不同的功能将其分为三大类：分别是测量着火延迟、层流火焰燃烧速度以及组分浓度的装置。包括的装置有：射流搅拌器﹑流式反应器﹑快速压缩机﹑激波管、本生灯和定容燃烧弹。本文详细介绍了这几种燃烧反应动力学实验装置，包括它们的发展现状、结构、原理、实验范围并针对它们的特点进行了对比分析。

关键词：燃烧；层流燃烧；着火延迟；组分浓度；

Abstract

Energy and environmental issues has been the focus of attention, how to save energy more effectively and promote energy cleaner , which will always be the main national energy policy. Combustion is still the main form of access to energy, and it is very necessary to do research on combustion reaction in the internal combustion engine, but because the actual work process in internal combustion engine is more complicated, and the control of each combustion cycle boundary conditions are very difficult, which leads to poor reproducibility of test results and can not guarantee the accuracy of the experimental results. In order to study the combustion process of an internal combustion engine better, researchers have proposed and developed a variety of combustion chemical kinetics of experimental apparatus.

At present, there are a lot of the experimental apparatus which can be used to simulate the combustion and measuring combustion parameters. These apparatus will be divided into three categories in accordance with different functions in this article: namely measuring the ignition delay, laminar flame speed and component concentration devices. The apparatus contained in this article : the jet-stirred reactor、continuous flow reactor、rapid compression machine、shock tube, Bunsen burner and constant volume bomb. This article describes these types of combustion reaction kinetic experimental apparatus, which including their development status, structure, principle, experimental range and for their characteristics were compared.

Key Words：combustion；ignition delay; laminar flame speed; component concentration

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和现状 1

1.2 本文的研究目的和内容 1

第2章 测量着火延迟的装置 3

2.1 着火延迟在发动机领域的应用 3

2.2 测量着火延迟的实验装置 3

2.2.1 激波管的发展现状以及实验原理 4

2.2.2 快速压缩机的发展现状以及实验原理 9

2.3 激波管与快速压缩机的比较研究 14

第3章 测量层流火焰燃烧速度的装置 17

3.1 层流火焰燃烧速度理论 17

3.2 测量层流火焰燃烧速度的实验装置 18

3.2.1 定容燃烧弹的发展现状以及实验原理 18

3.2.2 本生灯的发展现状以及实验原理 20

3.3 定容燃烧弹与本生灯的比较研究 21

第4章 测量组份浓度的装置 23

4.1 化学动力学中组分浓度的意义 23

4.2 测量组分浓度的实验装置 23

4.2.1 射流搅拌器的发展现状以及实验原理 23

4.2.2 流式反应器的发展现状以及实验原理 25

4.3 射流搅拌器与流式反应器的比较研究 25

第5章 全文总结及展望 27

参考文献 28

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 研究背景和现状

人类的生存和社会的发展总是与能源的获取方式密切相关的。当今世界,燃烧仍然是获取能源的主要方式。根据英国BP公司发布的2015年《世界能源统计年鉴》, 全球几乎所有燃料的消耗量和生产量都在增长当中。不过对于天然气和石油来说，全球消耗量增长要小于生产量增长。数据统计表明，全球来自能源的消耗产生的二氧化碳排放增速达到了自1998年（受金融危机影响）以来的最低点。相比2013年，2014年全球一次能源消耗量有了明显降低，也远低于过去十年的平均水平。2014年只有核电增长高于平均增长率，其他所有燃料的增长量则都有所放缓。不过石油仍占全球能源消耗的32.6%，依然在一次能源中占主导地位。可喜的是，可再生能源继续保持增长，占全球能源消耗的3%（10年前仅为0.9%）。可再生能源在发电业行业的增长达到12.0%，虽然低于10年来的平均水平，但这意味着可再生能源发电占全球发电份额的6.0%。随着科学技术不断发展,替代煤炭和石油的清洁燃料得到了快速发展,煤炭和石油在一次能源总需求中的份额将进一步下降,核能、天然气、风能和可再生能源的份额将不断提升。但是,风能、核能、太阳能和生物质能等的发展,除了受技术发展的影响外,其经济性便捷性也是一个制约因素,非化石燃料大规模替代化石能源的路还很长。人类还将长时间把化石燃料作为主要的能源来源,从燃烧这种方式获取能源的过程中充满了许多问题。随着社会的快速发展进步,化石燃料被大量开采使用,能源短缺和燃烧污染排放等问题显现出来,节约资源和保护环境将一直是国家能源的主要政策。

针对能源短缺和燃烧污染排放问题,广大科研工作人员从不同角度提出了解决这些问题的途径，例如：1）发展新型内燃机代用燃料：大致上可分为三类：a.醇、醚、酯类含氧燃料；b.由天然气、煤或生物质生产的合成油；c.氢气、液化石油气、天然气、煤层气等气体燃料。2）提出多种新型燃料燃烧方式：如均质充量压燃（HCCI）、低温燃烧（LTC）、预混合充量压燃（PCCI）等。这些燃烧方式的核心思想都是运用预混合、压燃、低火焰温度的燃烧方式，实现内燃机内高效率清洁的燃烧。