H_2/N_2/O_2射流扩散火焰的直接数值模拟

直接数值模拟(DNS),大涡模拟(LES)与雷诺时均模拟(RANS)是数值模拟燃烧流动的三大主要方法,而射流扩散火焰在燃烧理论,实验研究与数值模拟中都扮演着十分重要的角色,本文采用完全可压缩的Naive-Stokes方程,对喷口直径为D=1 mm,Re=2000的射流扩散火焰进行了直接数值模拟.本文首先分析了冷态时H_2,O_2的混合,发现燃料与氧气在流向长度大于6D后的区域混合得十分充分.随后本文分析了燃烧后的统计特性,主要包括速度场,密度,温度以及主要组分与混合分数的分布,并将DNS结果与实验结果进行对比分析.     

高温射流稳定的二维轴对称煤粉火焰积分近似数学模型

本文用数值研究法对高温射流(氮等离子射流)稳定的二维轴对称煤粉火焰进行了理论分析,首次把积分近似法用于煤粉两相火焰数学模型,为目前开展的用电弧等离子体稳定及点燃煤粉火焰的应用提供理论依据,也为制定精确解数学模型打下基础。本方法也可用于各种煤粉燃烧室、煤粉气化室、MHD煤粉燃烧室等。     

大速差射流预燃室煤粉燃烧的颗粒轨道法数值模拟

本文用颗粒轨道模型对流场复杂的二维大速差射流燃烧室内煤粉燃烧进行了数值模拟,给出了包括热态气相流场、温度场和浓度场等在内的各种气相场分布,同时也给出颗粒轨道及其速度、温度、质量等的变化。模拟结果再次揭示了该燃烧室内流动和燃烧的主要物理特征,并着重指出煤粉颗粒在燃烧室内的行为对火焰稳定的重要影响。     

对冲火焰中煤粉着火的实验研究

本文发展并建立了一套适用于研究煤粉穿越气相火焰面着火特性的对冲火焰实验系统,基于碰撞解聚原理研制了全新的微小载气量给粉系统。通过统计ICCD拍摄的煤粉着火图像,结合数值计算分析煤粉颗粒的沿程温度经历,发现穿越扩散火焰面时颗粒升温速率可达10~5 K/s,火焰面温度及煤粉停留时间是决定煤粉穿越火焰面后着火模式的主要因素。     

湍流条件下煤粉颗粒群着火特性实验研究

本文搭建了平面火焰携带流反应器系统,研究了不同煤粉条件下煤粉颗粒群湍流射流着火特性。实验表明,湍流射流速度下低挥发份煤着火表现出扩散状暗红色火焰形态;随挥发分含量的增大,火焰亮度增加,并且在一定高度处发展为颗粒群群燃着火。随给粉量的增大,着火延迟呈现先减小后增大的趋势,最佳给粉浓度为0.75~1.00 kg/m~3。随粒径的减小,加热速率更快,挥发分大量析出使得火焰亮度增加;并且颗粒间的相互作用增强,更早出现颗粒群的群燃现象。     

对冲滞止面纳米颗粒输运的在线诊断与计算

颗粒在边界层内的输运特性对理解和调控颗粒沉积、煤粉燃烧等工业过程有重要的意义。本工作基于近年来发展的相选择性激光诱导击穿光谱(PS-LIBS)方法,对对冲火焰滞止面附近纳米颗粒的输运特性进行了高空间分辨率的解析;并利用颗粒系统群平衡的DSM方法和输运方程对颗粒的对流、扩散和热泳过程进行了数值研究,实验和计算结果吻合良好,表明现有的理论框架可定量预测金属氧化物纳米颗粒在边界层内的输运现象。     

掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明，热量的传递主要是通过热气流对流进行，上游高温气流快速沿轴向流动，径向热量传递较弱；而下游轴向速度降低，热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定，而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响，增大射流速度后，火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O浓度皆显著增加，且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响，随着H₂含量增加，燃料向下游传播距离缩短，CO、NO、CO₂浓度降低，H₂O浓度增加。     

湍流射流与扩散火焰大涡拟序结构的波动特性研究

１前言湍流射流扩散燃烧方式提供了射流火焰与涡团相互作用的最基本形式,对研究在湍流射流剪切边界层内的反应物的卷吸混合、热量及动量的输运及湍流射流结构方面具有其特殊的意义。Ｋａｔｔａ［１］利用浮力与单步反应机理模型对Ｎ２－Ｈ２射流扩散火焰进行了直接数值模...     

四角喷燃炉膛内湍流三维气相燃烧和气固两相流动的数值模拟

目前,已建立的绝大多数炉内三维数值模拟都以颗粒轨道模型为基础。颗粒相连续介质模型已成功地应用于模拟气固两相射流及煤粉燃烧室内的三维气固两相流动。本文将它应用于四角喷燃炉膛内流动的模拟,作为炉内粉煤燃烧全过程数值模拟的第一步。     

高焓横向射流尾迹区掺混燃烧的数值特性

尾迹区作为横向射流流场的重要结构受到广泛关注,其掺混和燃烧特性对近壁面区域的流场特性有重要影响.文章在对仿真充分验证的基础上,采用Reynolds平均模拟方法对Ma=8飞行条件下高焓横向射流尾迹区中的掺混和燃烧特性进行了数值研究.探究了冷热流场尾迹区中的氢气掺混特性,冷态流场尾迹区中的激波结构对氢气分布产生一定影响,热态流场尾迹区中存在多种氢气掺混路径.V形回流区中的高浓度氢气对燃烧产生了一定的阻碍作用.定量测量了尾迹区中的火焰结构,尾迹区火焰的顶点位置随高度增加向下游线性移动,受射流主流影响,尾迹区火焰的展向宽度在距离壁面一定高度后开始增大.对冷热流场中的主要参数进行了对比,燃烧消耗了氢气使温度升高,但是尾迹区中的流动速度没有明显增加,燃烧放出的热量没有完全转化为流体的动能.      

煤粉挥发分火焰行为的理论分析与简化模拟方法

考虑热解的扩展连续膜模型,可以详细预报煤粉挥发分析出、焦碳燃烧的全过程.模型以CH4燃烧的反应动力学特性,近似地描述了挥发分火焰.提出新的简化模拟方法均相着火后挥发分燃烧的移动火焰锋面(MFFVC)模型,弥补了挥发分现有计算方法中未考虑颗粒边界层内挥发分均相着火及燃烧的不足.与挥发分现有计算方法、扩散控制的挥发分燃烧(DLVC)模型相比, MFFVC模型预报与考虑热解的扩展连续膜模型符合较好.     

煤粉燃烧火焰辐射光谱实验研究

针对煤粉燃烧辐射光谱问题,利用光纤光谱仪对煤粉平面火焰炉实验装置煤粉燃烧火焰辐射光谱进行了测量,详细分析了煤粉辐射光谱特征,并基于普朗克辐射传热定律,通过对光谱仪波长响应特性的标定,得到火焰绝对辐射强度随波长的分布情况,进而利用最小二乘法获得火焰温度与辐射率参数,由此提出基于煤粉燃烧火焰辐射光谱测量的火焰参数测量方法。利用该方法对不同燃烧条件下煤粉燃烧参数进行测量,开展了不同燃烧参数下煤粉火焰辐射光谱实验研究,研究结果表明：煤粉燃烧火焰辐射在200～1 100 nm波段具有较强且连续的光谱特征,基于普朗克辐射定律与最小二乘法可实现煤粉燃烧火焰温度与辐射率的测量;煤粉燃烧火焰辐射光谱在590,766,769和779 nm附近可见明显的Na和K等碱金属痕量元素原子光谱发射谱线,并且这些原子谱线的出现与火焰温度有关;随着煤粉浓度的提高,虽然燃烧温度变化不大,但由于火焰辐射率的增加,造成辐射光谱强度的大幅提升。这对锅炉煤粉燃烧优化具有重要参考价值。     

逆向复式射流预燃室燃烧器煤粉颗粒行为预报

1引言预燃室燃烧技术是近十多年来开发研究的一种高燃烧效率低NO。的燃烧技术门．它是一种分级燃烧技术。燃料在预燃室内只是部分地燃烧,在贫氧的一次火焰区内脱挥发分,从而减少了NO。的形成。自1982年以来,我国开发研究了很多种类的预燃室,如旋流、大速差l‘］、偏置射流预燃室等。工程热物理研究所研究开发了逆向复式射流预燃室燃烧器l‘,‘］。经实验室和工业实验证明,该预燃室有极优良的火焰稳定性能和煤种适应性,能够实现较低的NOx排放。本文针对逆向射流预燃室内这一独特的流场结构,利用数值模拟来预报煤粉颗粒在其内的运…     

湍流煤粉火焰中多相燃烧的跨尺度模拟方法及应用

通过"湍流涡团尺度"与"边界层反应尺度"的关联,建立了湍流煤粉火焰中多相燃烧的跨尺度模拟方法。该方法能够预报湍流脉动宏观规律对静止颗粒边界层内气相反应(如挥发分火焰、CO火焰)的影响。将该方法用于煤粉旋流燃烧数值模拟中,结果显示:与完全忽略边界层气相反应的单膜模型相比,跨尺度模拟的预报结果与Lockwood实验数据有更好的符合。     

射流对冲搅拌式高强度煤粉燃烧器的研究

一、引言 强化燃烧是多年来人们一直追求的目标之一。近年来一些研究者用煤粉射流的对冲来强化煤的燃烧,取得了一定的效果。但是对射流对冲燃烧方式的机理和工作特性的研究,以前的分析模型都比较简单,也没有探讨对冲燃烧方式对劣质煤的适应性。本文作者在所建的高强度燃烧试验台上对分宜劣质烟煤进行了燃烧试验,测量了燃烧器二维等温模型的湍流场,并对燃烧器的二维模型和三维两相等温流场进行了数值计算。     

微喷管甲烷非预混射流火焰燃烧特性实验研究

为发展微尺度燃烧器并拓展微尺度燃烧理论,对具有外部伴流空气的甲烷非预混微喷管射流火焰燃烧特性进行了实验研究。微喷管采用内径为710μm、425μm及280μm的不锈钢管,通过实验得到了微喷管非预混射流火焰的火焰形态、高度、最小熄灭流速及吹熄极限,并与常规尺度(管内径2 mm)非预混射流火焰进行了对比。研究表明微喷管射流火焰只有层流火焰一种形态;微喷管射流火焰高度主要取决于燃料流速而不受外部伴流速度影响;微喷管射流火焰的吹熄极限随伴流速度先增加后减小,而微射流火焰的最小熄灭流速受伴流空气速度影响较小,随管径减小微喷管射流火焰的可燃范围急剧减小。     

气固两相流动与燃烧数值计算中两相耦合迭代收敛方法的研究

作者在采用分散颗粒群轨道模型对煤粉气流的燃烧过程进行的数值计算中，对气固两相间的能量及质量的耦合迭代原理及收敛过程进行了分析研究，提出了一种能促进和加速两相耦合收敛的迭代计算方法，成功地克服在较高煤粉浓度燃烧计算中两相耦合迭代不收敛或发散的问题。     

粉煤燃烧的新概念——粉气分离

一、前言 近年来,我国在煤粉燃烧技术发展方面取得了丰硕的成果,陆续开发成功了多项煤粉稳定燃烧装置如钝体煤粉燃烧器、大速差同向射流直流式煤粉预燃室和火焰稳定船式直流煤粉燃烧器以及夹心风浓缩燃烧器等。这些新型燃烧器的应用,大大改善了劣质煤的燃烧过程,煤粉燃烧着火提前,火焰稳定性加强,使劣质煤的燃烧利用达到了一个新的水平。     

关于煤粉火焰稳定性和煤粉预燃室及火焰稳定船的作用

沿用预混可燃气体的火焰稳定理论常不能正确地分析煤粉火焰的稳定问题,不宜于用来指导煤粉燃烧设备的设计和运行。本文着重分析了在中国电站煤粉锅炉中已广泛采用的煤粉预燃室和新型火焰稳定船式煤粉燃烧器中煤粉颗粒的运动和燃烧过程,认为在燃烧设备中组织好含煤粉的气流的运动,使能在燃烧室中形成局部的高煤粉浓度、高温和合适氧浓度的区域,成为稳定的煤粉着火有利区,是保持煤粉火焰稳定的原则。此煤粉火焰稳定原则可以阐明各种保持煤粉火焰稳定的技术措施,也有利于分析和开发新的煤粉燃烧技术。     

PIV对射流煤粉火焰流场特性的分析

为研究湍流煤粉射流进入高温环境后的流动及混合特性,采用PIV测量平流射流煤粉燃烧器中心射流区域的流场特性。通过对不同示踪粒子特性的分析,选定SiC表征气相流场,选定煤粉表征煤粉射流流场。实验结果表明;煤粉具有较好的散射特性,因而采用PIV可获得合理的煤粉颗粒流场;相同射流速度下,冷态射流比热态有更强的湍流脉动特征,主要原因是热态条件下气流黏度增加2~3倍,显著降低射流Re。