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Effects of hydrogen addition on combustion and flame propagation characteristics of laser ignited methane/air mixtures

可燃极限 燃烧 甲烷 激光点火 火焰速度 预混火焰 绝热火焰温度 材料科学 点火系统 丙烷 扩散火焰 分析化学(期刊) 热力学 化学 燃烧室 有机化学 物理
作者
Harun Yılmaz,Lukas Schröder,Thomas Hillenbrand,Dieter Brüggemann
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:48 (45): 17324-17338 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.01.224
摘要

In this study, effects of hydrogen addition on combustion and flame propagation characteristics of methane/air mixtures were investigated in a constant volume combustion chamber. Tested gas mixtures are 100% CH4, 05% H2 – 95% CH4, 10% H2 – 90% CH4 and 15% H2 – 85% CH4, and such mixtures were ignited using a passively Q-switched Nd:YAG laser ignitor which has a pulse energy of 12.3 mJ, pulse duration of 2.4 ns and wave length of 1064 nm. A Schlieren setup coupled with a high-speed camera enabled evaluating flame propagation behavior, while pressure curve analysis provided necessary data for characterization of combustion properties. Additionally, lean flammability limits of gas mixtures were also determined at the test conditions. The unique properties of hydrogen (such as low density, high reactivity, high diffusivity etc) widened lean flammability limit. Rate of pressure rise and measured pressure values increased with hydrogen addition, regardless of the air-fuel equivalence ratio (λ). Lastly, hydrogen addition uniformly affected flame propagation characteristics and flame luminosity. Combustion process became more stable with hydrogen addition.
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