乙醇-氫氣-空氣混合燃氣的層流燃燒速度測定

蘇傲成 姜根柱 王筱蓉 閆晨朝

摘要： ?為了研究乙醇的層流燃燒特性，在定容燃燒彈內(nèi)，分別研究了初始壓力為0.3 MPa，氫氣比例為50%時，不同初始溫度（370 K和450 K）和當量比（0.7～1.4）下，氫氣-乙醇混合燃氣的火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律。計算得到了混合燃氣的層流燃燒速度和馬克斯坦長度，分析了拉伸率對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?，同時將研究結(jié)果與文獻數(shù)據(jù)進行了比較，驗證了計算模型的可靠性。結(jié)果表明：隨著初始溫度的增加，混合燃氣的層流燃燒速度也會隨之提升；當量比的增加也會提升混合燃氣的層流燃燒速度，在當量比為1.2時達到了峰值，隨后開始降低。初始溫度的增加會在一定條件下會導致火焰的不穩(wěn)定；在初始溫度370 K 下，馬克斯坦長度始終大于0，火焰一直處于穩(wěn)定狀態(tài)；初始溫度450 K、0.7～0.9當量比下的馬克斯坦長度小于0，火焰出現(xiàn)了不穩(wěn)定狀態(tài)，因為較高的初始溫度會產(chǎn)生強烈的對流和湍流效應(yīng)，這些效應(yīng)會使火焰的邊界層受到擾動，造成火焰不穩(wěn)定；不同初始溫度下的馬克斯坦長度都隨當量比的增加而增加，火焰的穩(wěn)定性不斷提升。對計算得到的層流燃燒速度進行數(shù)據(jù)擬合，得到了計算乙醇-氫氣-空氣混合氣層流燃燒速度的關(guān)系式。

關(guān)鍵詞： ?層流燃燒速度；乙醇；氫氣；定容燃燒彈

DOI ?： ??10.3969/j.issn.1001-2222.2024.01.007

中圖分類號： TK407.6 ??文獻標志碼： ?B ??文章編號： ??1001-２２２２（２０24）０1-００42-０7

能源枯竭和環(huán)境污染是當今社會面臨的兩大挑戰(zhàn)［1］，因此研究人員越來越重視尋找替代燃料和發(fā)展清潔燃燒技術(shù)［2］。氫能是一種清潔的二次能源，它的密度很低，且具有寬廣的燃燒范圍，燃燒過程不會產(chǎn)生二氧化碳，是解決當今氣候變化問題最有希望的解決方案之一［3］。但是全球?qū)淠艿难邪l(fā)仍處于試驗階段。目前氫能源主要分為3種，分別是灰氫、藍氫和綠氫［4］。綠氫，是通過使用再生能源制造的氫氣［5］，綠氫的生產(chǎn)過程是最清潔的，而且沒有碳排放，但是綠氫的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟，制造成本較高，還有許多難題需要攻克。乙醇是生產(chǎn)綠氫過程中的重要部分，它具有較低的沸點，可以與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生火焰，并釋放出大量熱能。因此，有必要對乙醇-氫氣-空氣混合燃氣進行燃燒基礎(chǔ)研究。

層流燃燒速度（LBV）是混合燃料最重要的物理化學參數(shù)之一，也經(jīng)常被用來驗證動力學模型的正確性［6］。目前，含乙醇混合燃氣火焰的層流燃燒特性已被廣泛研究。Wang Xun等［7］認為乙醇-汽油混合物的LBV隨著初始溫度和乙醇比的升高而上升，而隨著初始壓力的增加而下降。Katoch等［8］測量了乙醇-空氣混合物在0.1 MPa下的層流燃燒速度，測量的溫度范圍為350～620 K，當量比范圍為0.7～1.3。但是關(guān)于乙醇-氫氣-空氣混合燃氣的層流燃燒速度的測定還沒有相關(guān)研究。

球形膨脹火焰在燃燒初期受到火焰拉伸的嚴重影響［9］，因此，火焰拉伸對層流燃燒速度也會造成比較大的影響﹐這也會引起較大的誤差。層流火焰對火焰拉伸的敏感程度可以通過馬克斯坦長度表示，馬克斯坦長度也可以代表火焰燃燒的穩(wěn)定程度。

本研究基于定容燃燒系統(tǒng)，分別研究了初始溫度為370 K和450 K，初始壓力為0.3 MPa，當量比為0.7～1.4， 50%氫氣+乙醇混合燃氣的火焰?zhèn)鞑ミ^程， 分析了初始溫度和當量比對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?，同時計算了層流燃燒速度和馬克斯坦長度，并擬合出了乙醇-氫氣-空氣層流燃燒速度的經(jīng)驗公式。

1 ??試驗裝置和混合燃料制備

本次研究使用球形火焰法來測量層流燃燒速度［10］，試驗裝置系統(tǒng)如圖1所示。主要由定容燃燒彈、高速紋影成像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)等構(gòu)成。該系統(tǒng)的核心是定容燃燒彈（如圖2所示），為類似正方形結(jié)構(gòu)，視窗直徑為90 mm，容積為2.067 L。 K型熱電偶用于監(jiān)測定容燃燒室中燃料-空氣混合物的溫度，并通過溫度顯示器顯示出來。壓力傳感器以電壓信號的形式實時監(jiān)測容器內(nèi)的壓力，為計算LBV提供數(shù)據(jù)。點火控制器控制容器中心的兩根直徑為0.4 mm 的鉑絲電極進行電火花點火，點火能量約為 15 mJ。數(shù)字脈沖發(fā)生器與高速攝像機和示波器相連，保證高速攝像機和示波器在點火后同步拍攝圖像和記錄信號。 高速攝像機以12 800 幀/s的拍攝速度和1 024×1 024像素的分辨率記錄了0.1 s內(nèi)完成的火焰燃燒過程。

乙醇氫氣混合燃料按照摩爾比進行添加，總的化學反應(yīng)式可以用式（1）表示：

C ?x H ?y O ?z + ?x + ?y ?4 - ?z ?2 ?O 2= x CO 2+ ??y ?2 ?H 2O。 ?（1）

假設(shè)此次注入物氫氣的物質(zhì)的量為 n ?h ，乙醇物質(zhì)的量為n ?E ，設(shè)定氫氣比例為X ?h ，相應(yīng)乙醇的比例為X ?E ?，那么氫氣和乙醇在每一個當量比下注入的物質(zhì)的量可以由式（2）和式（3）表示：

n ?h =X ?h （n ?h +n ?E ）=X ?h ?0.21*??0.21?+0.5*X ?h +3*X ?E ?· P 0V 0 RT 0 ?， ?（2）

n ?E =X ?E （n ?h +n ?E ）=X ?E ?0.21*??0.21?+0.5*X ?h +3*X ?E ?· P 0V 0 RT 0 ?。 ?（3）

可以通過式（4）和式（5）計算出在常溫下乙醇和氫氣的體積：

V ?E = n ?E ×M ?E ?ρ ?E ??， ?（4）

V ?h = n ?h ×M ?h ?ρ ?h ??。 ?（5）

式中： M ?E 代表乙醇的摩爾質(zhì)量;M ?h 代表氫氣的摩爾質(zhì)量;ρ ?E 代表乙醇在常溫下的密度;ρ ?h 代表氫氣在常溫下的密度;V ?E 代表乙醇常溫下的體積;V ?h ?代表氫氣常溫下的體積。

試驗工況如表1所示，為了減少試驗誤差，每組工況至少重復3次試驗。

2 ??層流燃燒速度和馬克斯坦長度

在球形擴散火焰中，拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣?S ?b ?可以由式（6）得到［11］：

S ?b = ?d r ?u ??d t ?。 ?（6）

式中： r ?u 為實際火焰半徑;t為時間;S ?b ?為拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

火焰拉伸率（ α）為火焰前鋒面上一個無限小面積變化的百分比速率［12］﹐火焰拉伸率α 可以由式（7）得到：

α= ?d（ln A） ?d t = 1 A · A ?d t ?。 ?（7）

對于球形膨脹火焰來說，火焰拉伸率 α 可由式（8）得到：

α= 1 A · A ?d t = 2 r ?u ?S ?b ?。 ?（8）

對于火焰馬克斯坦長度，可以利用線性外推法［13］進行計算：

S ?b =S0 ?b -L ?b α 。 ?（9）

式中： L ?b 為馬克斯坦長度；S0 ?b ?為無拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

雖然線性外推法擬合方法簡單，但是要求數(shù)據(jù)點數(shù)量多，而且拉伸率的范圍也要求較寬。但在實際的試驗過程中，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓^程中并非是線性，Kelley等［14］非線性擬合后得出的拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣群婉R克斯坦長度更精確，其計算公式為

S ?b ?S0 ?b ??2 ln ???S ?b ?S0 ?b ??2 = -2L ?b α S0 ?b ??。 ?（10）

預(yù)混燃氣的層流燃燒速度可由燃氣燃燒過程中的火焰密度變化和無拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊贸觯嬎愎綖?/p>

u ?L =S0 ?b ?ρ ?b ?ρ ?u ??。 ?（11）

式中： ρ ?b 和ρ ?u 是已燃氣與未燃氣的密度；u ?L ?為層流燃燒速度。

因為火焰厚度會對層流燃燒速度造成影響，所以把層流燃燒速度定義為預(yù)混燃氣的消耗速率（定義在火焰鋒面的外側(cè)）和產(chǎn)物的生成速率（定義在火焰鋒面的內(nèi)側(cè)）， 分別用 u ?m 和u ?mr ?表示，計算見式（12）和式（13）：

u ?m =S S ?b ?ρ ?b ?ρ ?u ???， ?（12）

u ?mr = ρ ?b ?ρ ?b -ρ ?u ??u ?m -S ?b ??。 ?（13）

S 為修正函數(shù)，取決于火焰半徑和兩區(qū)的密度比， 計算公式為

S=1+1.2 ?δ 1 r ?u ???ρ ?u ?ρ ?b ??2.2 -0.15 ?δ 1 r ?u ???ρ ?u ?ρ ?b ??2.2 2 。 ?（14）

3 ??試驗結(jié)果與分析

3.1 ??火焰?zhèn)鞑ニ俣群婉R克斯坦長度

圖3示出了摻氫比為50%的混合燃氣在初始溫度為370 K和450 K，初始壓力為0.3 MPa時拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著火焰半徑變化的規(guī)律。從圖中可以看到，在相同的半徑和當量比下，初始溫度為450 K下的拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥诔跏紲囟葹?70 K下的拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣?，這表明拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣仁艿匠跏紲囟鹊挠绊懀跏紲囟鹊奶嵘梢蕴岣呃旎鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣取?/p>

圖4示出了摻氫比為50%的混合燃氣在初始壓力為0.3 MPa時，不同初始溫度和當量比下，火焰半徑隨時間的變化規(guī)律。不難看出，隨時間的增長，火焰半徑增大，初始溫度為450 K時的火焰半徑的增長速度大于初始溫度為370 K時的火焰半徑的增長速度，這表明初始溫度的提升會使火焰?zhèn)鞑r間延長。

圖5a示出了摻氫比為50%的混合燃氣在初始壓力為0.3 MPa、初始溫度為450 K、不同當量比下拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c火焰半徑的關(guān)系。當 ??≤0.9時，隨著半徑的增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸尸F(xiàn)略微的下降趨勢；當 ??>0.9時，火焰?zhèn)鞑ニ俣入S半徑的增加呈上升趨勢；當 ??=1.2時，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲螅@和圖3對應(yīng)的數(shù)據(jù)相同。圖5b示出了摻氫比為50%的混合燃氣在初始壓力為0.3 MPa、 ??=1.0、不同初始溫度下拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c火焰半徑的關(guān)系曲線。初始溫度為450 K時的火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h大于初始溫度為370 K的火焰速度，而且相對于改變當量比，改變初始溫度使火焰?zhèn)鞑ニ俣入S半徑的變化更明顯，這表明初始溫度對火焰穩(wěn)定性的影響比當量比大。

圖6示出了摻氫比為50%的混合燃氣在初始壓力為0.3 MPa時，不同當量比和初始溫度下拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c拉伸率的關(guān)系。不難看出，在當量比為0.8，初始溫度為450 K時，隨著拉伸率的增大，拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣纫矔S之增大，此時馬克斯坦長度小于0，表明火焰不穩(wěn)定。這是因為較高的初始溫度會導致火焰擴散更快，在這種情況下，拉伸率的增大會引起更強烈的對流和湍流效應(yīng)，這些效應(yīng)會使火焰的邊界層受到擾動，從而導致火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑黾?，造成火焰不穩(wěn)定。其他工況下拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著拉伸率的增大而減少，火焰?zhèn)鞑シ€(wěn)定，這是因為在較低拉伸率下，火焰邊界層的厚度相對較小，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快。但是隨著拉伸率的增大，火焰邊界層會逐漸變薄，導致火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢。這種情況下，火焰的傳播更為穩(wěn)定。

圖7與圖8分別示出了由式（10）擬合所得的無拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣群婉R克斯坦長度隨當量比的變化。從圖7可以看出，隨著當量比的增加，無拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣纫苍谠黾?，在當量比?.2時無拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俣冗_到最大值，之后開始降低。從圖8可以看出，當 ??≤0.9時，初始溫度為450 K下的馬克斯坦長度小于初始溫度為370 K下的馬克斯坦長度，這說明在此階段初始溫度上升會使火焰的不穩(wěn)定性增強。初始溫度為370 K時，馬克斯坦長度都為正，火焰穩(wěn)定。初始溫度為450 K時， ??≤0.9時馬克斯坦長度為負，火焰不穩(wěn)定，而 ??>0.9時馬克斯坦長度變?yōu)檎?，火焰變得穩(wěn)定。

3.2 ??層流燃燒速度

圖9a示出了摻氫比為50%的混合燃氣在初始壓力為0.3 MPa、當量比為1.0時，不同初始溫度下拉伸率對火焰燃燒速度的影響。由圖可見，不同初始溫度下混合氣消耗速率和產(chǎn)物生成速率都隨拉伸率的增加而減小。隨著拉伸率的逐漸增加， 混合氣消耗速率和產(chǎn)物生成速率的差值呈現(xiàn)增大的趨勢， 這顯示了火焰厚度對火焰速度的影響。拉伸率的定義表明，拉伸率越大則火焰半徑越小， 火焰速度受到火焰厚度影響較大；相反，在拉伸率不斷減小的過程中，火焰半徑逐漸增大，火焰厚度造成的影響也越來越小，當拉伸率減小到趨向于0時，火焰厚度基本不會對燃燒速度造成影響。此時，無論燃燒速度定義在火焰鋒面的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，它們都應(yīng)該趨向于層流燃燒速度 u ?L，如圖9a中擬合直線所示。摻氫比為50%的混合燃氣在初始壓力為0.3 MPa時、初始溫度為370 K時，不同當量比下拉伸火焰燃燒速度隨拉伸率的變化如圖9b所示。從圖中可以看出， 混合氣消耗速率和產(chǎn)物生成速率差值在緩慢增加，說明在試驗工況下火焰厚度對火焰燃燒速度的影響也在增加。

圖10將乙醇+50%氫氣與氨氣+30%氫氣［15］、RP-3+80%甲烷［16］、氨氣［17］和正十二烷［18］的層流燃燒速度進行了比較， 可以看出在類似的工況下這4種燃料的層流燃燒速度趨勢和本研究結(jié)果近似。比較結(jié)果表明，本研究的計算模型具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，試驗數(shù)據(jù)可用于進一步的燃燒性能分析和應(yīng)用探索。

圖11示出了乙醇-氫氣-空氣混合氣在不同初始溫度和當量比下的層流燃燒速度 u ?L。從圖11可以看出，初始溫度的增加使混合燃氣的層流燃燒速度得到提升，在當量比為1.2時層流燃燒速度達到峰值。一般把層流燃燒速度擬合成關(guān)于當量比的三階多項式，本研究中乙醇-氫氣-空氣的層流燃燒速度的擬合結(jié)果為

u ?L1 =-21 900.195 07?3+ 59 756.460 55?2 -46 155.027 35?+11 828.902 5 ， ?（15）

u ?L2 =-1 040.022 65?3-8 821.337 75?2 +26 832.786 38?-12 326.490 05 。 ?（16）

式中： u ?L1和 u ?L2分別為初始溫度為370 K和450 K時摻氫比為50%的乙醇-氫氣-空氣混合氣層流燃燒速度。

定義（ u ?=x-u ?min）/（ u ?max- u ?min）為層流燃燒速度增長率， u ?=x為當量比為x 時混合氣的層流燃燒速度， u ?max為最大層流燃燒速度， u ?min為最小層流燃燒速度。圖12示出了初始壓力為0.3 MPa時，不同初始溫度下，乙醇-氫氣-空氣混合氣層流燃燒速度增長率隨當量比的變化曲線。

從圖12可以看出，混合氣的層流燃燒速度增長率隨著當量比的增大不斷增加，在當量比為1.2時達到最大值，與最大層流燃燒速度對應(yīng)。層流燃燒速度增長率受初始溫度的影響不大，忽略初始溫度的影響，可將層流燃燒速度增長率擬合為關(guān)于當量比的三次多項式函數(shù)：

u L3=-3.294 22?3+ 7.290 95?2 -2.780 24?-0.486 86 。 ?（17）

由式（15）至式（17）就可以求出不同初始溫度（370 K，450 K）和當量比（0.7～1.4）下混合氣的近似層流燃燒速度。

4 ??結(jié)論

a） 隨著初始溫度的增加，混合燃氣的層流燃燒速度也會增加，但也會產(chǎn)生強烈的對流和湍流效應(yīng)，在特定工況下穩(wěn)定性會有所降低，表現(xiàn)為在初始溫度為450 K、當量比0.7～0.9下混合燃氣的馬克斯坦長度小于0；

b） 隨著當量比的增加，混合燃氣的層流燃燒速度也在不斷增加，在當量比為1.2時，混合燃氣的層流燃燒速度達到峰值；隨著當量比的增加，馬克斯坦長度也不斷增加，火焰的穩(wěn)定性不斷增強，且在初始溫度為370 K時，火焰始終處在穩(wěn)定狀態(tài)；

c） ?隨著拉伸率的增加，混合氣消耗速率和產(chǎn)物生成速率呈緩慢增大的趨勢，表明隨半徑的增大，火焰厚度對燃燒速度的影響減?。划斃炻授呌?的時候，混合氣消耗速率 u ?m 和產(chǎn)物生成速率u ?mr ?趨于層流燃燒速度 u ?L；隨著當量比的增加，層流燃燒速度增長率也在增加，在當量比為1.2時增長率達到峰值；

d） 對試驗數(shù)據(jù)進行擬合處理，得到了乙醇-氫氣混合氣燃燒速度的三階多項式擬合關(guān)系式和燃燒速度增長率隨當量比變化的三階多項式擬合關(guān)系式，根據(jù)所得的關(guān)系式可以近似求出不同初始溫度（370 K，450 K）和當量比（0.7～1.4）下混合氣的近似層流燃燒速度。

參考文獻：

［1］ ?Cangsu Xu，Weinan Liu，F(xiàn)rancis Oppong，et al.Investigations on cellularization instability of 2-ethylfuran［J］.Renewable Energy，2022，191：447-458.

［2］ Yongxiang Zhang，Jian qin Fu，Jun Shu，et al.A chemical kinetic investigation of laminar premixed burning characteristics for methane-hydrogen-air mixtures at elevated pressures［J］.Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers，2020，111：141-154.

［3］ Fatih Yilmaz，Reat Selba.Thermodynamic performance assessment of solar based Sulfur-Iodine thermochemical cycle for hydrogen generation［J］.Energy，2017，140（1）：520-529.

［4］ ?Giovanni Lagioia，Maria Pia Spinelli，Vera Amicarelli.Blue and green hydrogen energy to meet European Union decarbonisation objectives：An overview of perspectives and the current state of affairs［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2023，48（4）：1304-1322.

［5］ Minli Yu，Ke Wang，Harrie Vredenburg.Insights into low-carbon hydrogen production methods：Green，blue and aqua hydrogen［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2021，46（44）：21261-21273.

［6］ Qiao Wang，Wanchen Sun，Liang Guo，et al.Experimental and kinetic study on the laminar burning speed，Markstein length and cellular instability of oxygenated fuels［J］.Fuel，2021，297：120754.

［7］ Xun Wang，F(xiàn)eng Zhou，Jianqin Fu，et al.Effect of ethanol on auto-ignition characteristics and laminar burning velocity of gasoline under elevated temperature and pressure［J］.Fuel Processing Technology，2023，242：107644.

［8］ Amit Katoch，Alejandro Millán-Merino，Sudarshan Kumar.Measurement of laminar burning velocity of ethanol-air mixtures at elevated temperatures［J］.Fuel，2018，231：37-44.

［9］ Berk Can Duva，Lauren Elizabeth Chance，Elisa Toulson.The critical lower radius limit approach for laminar flame speed measurement from spherically expanding stretched flames［J］.Experimental Thermal and Fluid Science，2021，121：110284.

［10］ ?汪焓煜.生物質(zhì)油在內(nèi)燃機上應(yīng)用的基礎(chǔ)特性研究［D］.杭州：浙江大學，2020.

［11］ Sun Z Y.Experimental studies on the explosion indices in turbulent stoichiometric H 2/CH 4/air mixtures［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2019，44（1）：469-476.

［12］ Zhongwei Meng，Kun Liang，Jia Fang.Laminar burning velocities of iso-octane，toluene，1-hexene，ethanol and their quaternary blends at elevated temperatures and pressures［J］.Fuel，2019，237：630-636.

［13］ Halte Fr，Tahtouh T，Mounam-Rousselle C.Nonlinear effects of stretch on the flame front propagation［J］.Combustion and Flame，2010，157（10）：1825-1832.

［14］ Kelley A P，Law C K.Nonlinear effects in the extraction of laminar flame speeds from expanding spherical flames［J］.Combustion and Flame，2009，156（9）：1844-1851.

［15］ Jin B Z，Deng Y F，Li G X，et al.Experimental and numerical study of the laminar burning velocity of NH 3/H 2/air premixed flames at elevated pressure and temperature［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2022，47：36046-36057.

［16］ Liu Y，Wang J D ，Gu W，et al.Effects of CH 4 mixing on the laminar burning velocity and markstein length of RP-3/air premixed flame［J］.Fuel，2021，289：119761.

［17］ Ryuhei Kanoshima，Akohiro Hayakawa，Takahiro Ku-do，et al.Effects of initial mixture temperature and pressure on laminar burning velocity and Markstein length of ammonial/air premixed laminar flames［J］.Fuel，2022，310：122149.

［18］ Hui X，Sung C J.Laminar flame speeds of transportation-relevant hydrocarbons and jet fuels at elevated temperatures and pressures［J］.Fuel，2013，109：199-200.

Measurement of Laminar Combustion Velocity of Ethanol-Hydrogen-Air Mixed Gas

SU Aocheng，JIANG Genzhu，WANG Xiaorong，YAN Chenzhao

（School of Mechanical Engineering，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003，China）

Abstract： ?In order to study the laminar combustion characteristics of ethanol， the flame propagation rules of hydrogen and ethanol mixed gas in a constant combustion bomb at different initial temperatures （370 K and 450 K） and equivalence ratios （0.7-1.4） under the conditions of ?0.3 MPa initial pressure and 50% hydrogen mixing ratio were researched. The laminar combustion velocity and Markstein length of mixed gas were calculated and the influence of stretching rate on flame propagation velocity was analyzed. The research results were further compared with the literature data and the reliability of calculation model was verified. The results indicate that the laminar combustion velocity of mixed gas increases with the increase of initial temperature. Moreover， the increase of equivalence ratio will increase the laminar combustion velocity of mixed gas， which reaches the peak at an equivalence ratio of 1.2 and then begins to decrease. However， the increase of initial temperature will lead to flame instability under certain conditions. At the initial temperature of 370 K， the Markstein length is always greater than zero and the flame remains in a stable state. The Markstein length is less than zero at the initial temperature of 450 K and the equivalence ratio of 0.7-0.9 and the flame appears unstable state. The higher initial temperature will produce strong convection and turbulence effects， which will disturb the boundary layer of flame and finally cause flame instability. The Markstein lengths at different initial temperatures increase with the increase of equivalence ratio and the stability of flame continuously improves. The data fitting was performed for the calculated laminar combustion velocity and the relationship equation for calculating the laminar combustion velocity of ethanol-hydrogen-air mixture was obtained.

Key words： ?laminar combustion velocity;ethanol;hydrogen;constant combustion bomb

［編輯： 姜曉博］

收稿日期： ??2023-05-11； [HT6H]修回日期： ??2023-07-19

基金項目： ??江蘇省研究生創(chuàng)新基金項目（SJCX22_1930）

作者簡介： ??蘇傲成（2000—），男，碩士，主要研究方向為可燃氣體燃燒特性；221210201127@stu.just.edu.cn。

通訊作者： ??姜根柱（1979—），男，高級實驗員，主要研究方向為基礎(chǔ)燃料燃燒特性；jianggenzhu@just.edu.cn。