1. 研究目的与意义（文献综述）

研究目的与意义

1 研究背景

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对能源的需求量迅猛增加。然而，人类目前所使用的最主要能源，即化石燃料储量是有限的。这种供需之间的矛盾随着时间的推移只会愈来愈尖锐。另外，环境污染也是摆在世界各国面前的一道难题。严重的环境问题将会制约经济的可持续发展。

对于我国这一世界上最大的发展中国家来说，能源与环境形势显得更加严峻。就石油资源而言，我国早已成为石油净进口国，石油对外依存度已突破50%的“安全警戒线[1]”，能源环境已向不安全转移。而与能源供应问题形成鲜明对比的是汽车工业、交通运输等行业的蓬勃发展。国家统计局发布的《2015年国民经济和社会发展统计公报》显示，截至2015年底，我国民用汽车保有量为17228万辆，比2014末增长11.5%，其中私人汽车保有量14399万辆，增长14.4%。而根据中国汽车工业协会的统计数据，2015年全年我国汽车销售量达到了2459.8万辆，同比增长4.7%，同时销量也连续三年达到了2000万辆以上。显然，这样多的汽车数量增大了石油基燃料的消耗，加剧了石油供应紧张的形势。此外，汽油、柴油等石油基燃料由于碳含量较高且含有硫等有害杂质，燃烧时会产生大量的温室气体co₂以及so_x等污染物，引起全球变暖与严重的大气污染。汽车数量大幅增加导致的排放增加使得环境问题更加严重。因此为缓解石油资源供应和需求之间的矛盾，减轻对石油的依赖，实现长期可持续的经济发展和环境保护，需要发展内燃机替代清洁燃料以部分取代石油基燃料即汽油和柴油。

根据目前世界范围内替代燃料的使用情况，总体上可以把它们分成三类[2]：1.醇、醚、酯类等含氧燃料（主要包括甲醇、乙醇、二甲醚以及由植物油提取的生物柴油）；2.合成油（由煤、天然气或生物质生产的液体燃油）；3.气体燃料（指天然气、液化石油气、氢气、煤层气、沼气等）。目前，在对内燃机代用燃料的研究与应用中，天然气始终是重点。一方面，尽管同为非可再生资源，但与汽油、柴油等传统石油基燃料相比，天然气仍具有许多优势。例如：天然气辛烷值高达130，远高于汽油，具有高的抗爆性，在发动机上使用时可以采用更高的压缩比以提高效率；天然气自燃温度为650℃，远高于汽油和柴油的自燃温度，所以天然气燃料安全性更佳，存储天然气也没有自燃危险；天然气本身是一种清洁燃料，易与空气生成均匀混合气，高负荷时no_x、co、hc排放减少，在发动机运行范围内几乎没有黑烟[3]。天然气发动机与传统压燃柴油机相比，颗粒排放大大减少；天然气比空气轻，稍有泄漏，很快就会扩散到大气中，要形成着火极限浓度比汽油难得多；天然气的在空气中体积比着火极限为5.0%~13.9%，对应地，汽油为1.0%~6.0%，柴油为1.4%~7.6%。因此天然气着火界限与汽油和柴油相比更宽。另一方面，天然气价格也低于原油。根据bp公司发布的《2015世界能源统计年鉴》数据，2014年的天然气价格为8.22美元/百万英热单位，而原油的经合组织到岸价为16.80美元/百万英热单位，即便是液化天然气，其价格也要低于原油价格；总之，在目前天然气是一种价格较为低廉、性能优良的替代燃料。在人类由化石能源向新能源转变的过渡时期，天然气将起到节能减排，降低对石油依赖度的重要作用。

2. 研究的基本内容与方案

本研究的基本内容与技术方案

1 本研究的基本内容

层流燃烧特性，包括层流燃烧速度等，是验证化学动力学机理以及进行湍流燃烧数值模拟所必需的数据。本课题旨在利用chmekin pro气相化学动力学软件中的预混模型(premix code)，结合已经公布的天然气氧化反应机理，对lng燃料与稀释气体（n₂、co₂、h₂o及这三种气体按一定比例配制的混合气）混合物的层流燃烧特性进行数值模拟研究，获得各种稀释气体在不同初始条件与不同掺混量下的天然气层流燃烧速度模拟值，并比较各种稀释气体之间对天然气层流燃烧性能的影响差异，分析引起这些差异的原因。

2 拟采用的技术方案与措施

1.搜集已公布的天然气氧化机理，然后对搜集到的反应机理进行验证分析，针对本研究选择最合适的机理；

2.建立一维稳态平面自由传播火焰模型，利用chemkin软件模拟一维稳态平面火焰，在不同初始条件（初始压力、初始温度）下，分别模拟出各种稀释气（n₂、co₂、h₂o等单一种类稀释气体以及这三种气体按一定比例配制的混合气）在不同掺混量下，对应天然气的层流燃烧速度随当量比的变化关系，并进行火焰结构分析和敏感性分析；

3. 研究计划与安排

第1周 查阅文献，完成文献综述和开题报告,校对并上交翻译材料。

第2周 制作ppt，进行开题报告汇报。

第3-6周 学习chemkin pro软件。收集天然气燃烧的化学反应机理，结合之前公开的实验数据对收集到的机理进行验证分析，选择出对本研究最适用的机理。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]刘澎涛，刘刚，韩金良，苏建燕. 中国能源转型中天然气的角色[j].科技和产业，2014年第14卷第6期：136-141.

[2]周龙保 主编.内燃机学（第3版）[m].北京：机械工业出版社，2010:137.

[3]蒋德明，黄佐华.内燃机替代燃料燃烧学[m].西安：西安交通大学出版社，2006.