均质充量压缩点火燃烧研究进展

柴油机以扩散燃烧为主 ,汽油机燃烧是预混燃烧 ,两种燃烧方式都不能解决碳烟和氮氧化物生成的trade-offs关系。介绍了新一代内燃机燃烧理论———均质充量压缩点火 (HCCI)燃烧方式 ,HCCI燃烧由化学动力学控制 ,无明显的火焰前锋 ,最高燃烧温度较低 ,生成的碳烟和一氧化氮的量很少 ,这种燃烧接近等容燃烧 ,有很高的热效率 ,可以解决碳烟和氮氧化物的trade-offs问题。列出了HCCI燃烧的技术措施和典型的燃烧方式 ,也指出了HCCI燃烧需要解决的几个问题 :燃烧控制、均质混合气的形成、HC和CO的控制、冷起动和过渡工况、控制系统等。燃烧控制是HCCI燃烧中最重要的问题。     

煤粉流化床复合燃烧

一、前言 煤粉——流化床复合燃烧是在同一炉膛中采用了煤粉燃烧和流化床燃烧两种燃烧方式。流化床燃烧方式可以燃烧劣质燃料,便于减少有害气体对大气的污染,受到国内外的普遍重视,它的主要问题是燃烧效率低,影响了它的发展;而煤粉燃烧则刚好相反,它有较高的燃烧效率,但是,在煤种适应性和减少污染方面不如流化床燃烧。复合燃烧     

多入口多孔介质燃烧器的数值模拟

在多入口燃烧器内加入多孔介质,以甲烷/空气为燃料,采用非预混燃烧的数值模拟方法,探究多入口燃烧器的燃烧情况.对比多孔介质燃烧与空间自由燃烧,分析了"超焓燃烧"现象;在多孔介质燃烧基础上,探究不同当量比对燃烧温度的影响;在多孔介质燃烧和不同当量比的基础上探究污染物CO和CO_2的排放情况.结果表明:多孔介质燃烧可以实现"超焓燃烧"特性,燃烧火焰温度高于自由空间燃烧温度;当量比对燃烧温度影响很大,随着当量比的增大,燃烧器内最高燃烧温度升高,但燃烧过程存在一个最佳当量比0.6,超过该当量比后最高温度将不再变化;多入口多孔介质燃烧有助于减少CO和CO_2的生成量.     

过滤床双级燃烧工业试验研究

过滤床燃烧能够起到净化炉内烟气,提高燃烧效率的作用。例如双层炉排双级燃烧锅炉比一般固定炉排手烧炉燃烧效率高,消烟除尘效果好,而双级燃烧中水冷炉排上的燃烧就是过滤床燃烧,其滤料是燃烧着的煤层。     

高温空气平焰燃烧过程的数值模拟

高温空气燃烧技术是一种新型高效低污染燃烧技术,而平焰燃烧是一种以辐射传热为主的传统工业炉窑燃烧技术,将二者相结合,进行了高温空气平焰燃烧过程的数值模拟研究,采用燃料深度给入方式成功实现了传统平焰预混或半预混燃烧向非预混燃烧的转变,并分析了高温空气燃烧技术与平焰燃烧相结合的可行性及其燃烧特性。     

新型燃烧指标方程的建立

从热动力学积分方程出发建立了新型燃烧特征方程.新型燃烧特征方程与常规燃烧指标对应的基本方程为一般与特殊的关系;基本方程及其燃烧指标只能对燃烧达到最大速率之前的燃烧特性进行正确的判断,而用新型燃烧指标可以对整个阶段的燃烧特性进行正确的判断;典型煤种的热重实验得到的常规燃烧指标优劣次序与新型燃烧指标有所差别,新型燃烧特征方程更具有优越性.     

柴油燃料HCCI燃烧的稳定性研究

实现宽广负荷范围内的稳定燃烧是目前HCCI燃烧研究的热点之一．而HCCI燃烧在高、低负荷时的工作不稳定性是影响HCCI燃烧实用性的重要问题之一。在前期研究实现单缸柴油机HCCI燃烧的基础上,主要分析了发动机负荷和气门重叠期的变化对HCCI燃烧稳定性的影响,探讨了造成不稳定燃烧的原因。结果表明：HCCI燃烧在中间负荷燃烧稳定性最好,但在低负荷时容易产生失火,高负荷时容易产生燃烧压力振荡,造成不稳定燃烧;负气门重叠期增大有利于小负荷的燃烧稳定性,负气门重叠期减小有利于大负荷的燃烧稳定性。     

燃烧方式对生物质理论燃烧温度的影响

采用与生物质燃料特性相近的褐煤为过量空气系数的定性指标,确定了生物质采用固定床、流化床、悬浮燃烧和气化燃烧4种燃烧方式的过量空气系数,依据锅炉机组热力计算标准方法,研究了热值、过量空气系数和燃烧方式对理论燃烧温度的影响。研究结果表明:理论燃烧温度与燃料的低位发热量正相关;理论燃烧温度随过量空气系数的增大而降低;采用流化床、悬浮燃烧和气化燃烧3种燃烧方式,生物质燃料均能够获得较高的理论燃烧温度,其中,采用气化燃烧方式的理论燃烧温度最高。文章的分析结果为生物质燃烧方式的选取及生物质锅炉的设计提供了理论依据。     

天然气低氮氧化物燃烧研究进展与展望

相比于其他化石燃料,天然气燃烧所生成的污染物较少,但NOx排放量仍然较多.随着我国天然气消费量的逐年增加,降低NOx的排放量成为人们普遍关注的重要课题.文章简述了天然气燃烧过程中的NOx生成和还原机理,综述了几种不同低氮燃烧技术的减排效果及研究进展,对比分析了各项低氮燃烧技术的动力学原理及其优缺点,最后展望了天然气低氮燃烧的研究趋势.天然气燃烧生成的NOx主要是热力型NOx,针对热力型NOx的生成机理,减少NOx排放的有效手段包括降低燃烧温度、控制氧气浓度,缩短反应物在高温区的停留时间等.由此发展出了分级燃烧、贫燃预混燃烧、烟气再循环、MILD燃烧和催化燃烧等低氮燃烧技术.其中,分级燃烧、烟气再循环等技术已广泛应用在工程实践当中.这些技术都是通过营造不利于NOx生成的反应气氛来控制NOx排放,但同时这些措施也会引起燃烧不稳定、燃烧效率低等问题.因此,低氮燃烧、稳定燃烧以及燃料完全燃烧之间的协同研究将是今后的研究方向.MILD燃烧、催化燃烧等新兴技术具有优良的低氮燃烧特性,但其反应机理还有待进一步研究.降低MILD燃烧的形成条件、开发高活性和高稳定性的催化剂仍是目前的研究重点.     

论燃烧学发展的几个里程碑

从19世纪开始,燃烧学的发展先后经历了燃烧热力学,燃烧反应动力学,燃烧物理学和反应流体力学等阶段。原来的燃烧理论只能定性地用于工程设计中。从20世纪70年代左右开始,由于大型数字计算机的产生和计算流体力学的出现,燃烧学发展到燃烧的数值模拟,先后出现了雷诺平均模拟、大涡模拟和直接数值模拟,可以把燃烧理论定量地用于燃烧装置的设计中。本文对燃烧学发展的几个里程碑进行了回顾,希望能和燃烧界同行们进行交流。     

3D cohesive modelling of hydrogen embrittlement in the heat affected zone of an X70 pipeline steel

A three-dimensional finite cohesive element approach has been developed and applied in order to simulate the crack initiation of hydrogen-induced fracture. A single edge notched tension specimen of an X70 weld heat affected zone was simulated. The results were compared to similar two-dimensional plane strain model and the cohesive parameters were calibrated to fit the experimental results. The three dimensional simulations gave higher values in terms of opening stress at the stress peak, plastic strain levels at the crack tip and hydrogen lattice concentration when compared with two-dimensional simulations under the same global net section stress levels. Nevertheless a higher cohesive strength was needed for the 2D model for the onset of crack propagation. The best fit to the experimental data were obtained for a cohesive strength of 1840 MPa and 1620 MPa for the 2D and 3D simulation respectively. The critical opening was assigned to 0.3 mm for both models. The threshold stress intensities K_IC,HE were 142 MPa√m and 146 MPa√m for the 2D and 3D models, respectively.     

The effect of evaporator operating parameters on the flow patterns inside horizontal pipes

A general and simple model for simulating the steady state behaviors of air-to-refrigerant fin-and-tube evaporator is introduced with the focus on the detailed flow patterns inside the tubes. In order to simulate the heat transfer between air and the working fluid, the evaporator is divided into a number of control volumes. Empirical correlations from literature were also adopted to estimate the void fraction, the internal and external heat transfer coefficients, and the pressure drops. Simulations were performed to study the effects of varying inlet air temperature, refrigerant mass flow rate and evaporation pressure on the flow patterns inside the horizontal pipe of the evaporator. The simulation results indicate that the proposed model can be used to predict flow patterns well. The predicted results of the model agree well with experimental results, the difference is within ±3% for the cooling capacity, and is within ±0.2% for refrigerant evaporation temperature.     

Numerical Simulation of Multistory Building Fire with Zone—Modeling Method

Based on the basic idea of zone modeling method,a two-layer zone model is developed and programmed to calculate the fire growth and smoke spread in a multi-room buiding subjected to a fire.The related predictive equations,numerical simulation method and sub-models implemented in this model are concisely described.A set of experimental data from Cooper‘s work at NIST for a two-room compartment fire are chosen for comparison with the model and program,and the numerical results fundamentally agree well with the experimental data,Then,an example of numerical calculation of a two-stoy duilding fire is presented,and the relevant output results are given and analyzed.     

基于DPM模型的非共沸混合工质两相冷凝传热研究

为研究非共沸混合工质在螺旋折流板换热器（HBHX）中的传热机理和热力参数对冷凝传热系数的影响,建立HBHX冷凝分布参数模型（DPM）,并进行乙烯、丙烷和异戊烷混合工质冷凝实验,利用实验结果验证模型的正确性。结果表明：冷凝过程中混合工质沿程分别经历剪切力控制区、过渡区和重力控制区,受气相热阻和液相热阻共同影响,冷凝传热系数随干度的减小先增大后减小,在干度0.72处达到最小值;质量流速对冷凝传热系数的影响在剪切力控制区和过渡区大于重力控制区;随混合工质轻组分的增加在剪切力控制区和过渡区冷凝传热系数减小,在重力控制区冷凝传热系数增加。     

大空间内火灾烟气充填研究

分析了烟气在大空间建筑内的充填情况,得到了不同火源下的烟气填充计算模型,并在大空间实验厅内进行了全尺寸油池火对比试验,试验结果表明,烟气在火空间内的温度并不高,但烟气层下降速度很快,计算结果和试验结果对比表明,在大空间内仍可利用火灾区域模拟方法计算烟气的运动。对于池火,其计算模型的选择应根据火源的大小来确定。     

围压影响堆石料剪切带的颗粒流模拟

为分析围压对堆石料剪切带的影响,基于颗粒流理论,构造三种不同形态的颗粒簇,建立了堆石料颗粒流模型。通过颗粒流数值模型双轴试验,研究了围压对堆石料剪切带结构的影响。结果表明,试样剪切带呈非对称X形分布,剪切带内颗粒旋转幅度随着围压的增加而增大,剪切带X形轮廓更加清晰。围压对试样颗粒位移影响较大,随着围压增大,颗粒位移不断增大,颗粒位移呈现出的X形剪切带逐渐消退。试样颗粒簇破碎过程与其宏观应力发展同步,剪切带内的颗粒比剪切带外的颗粒更易发生破碎。随着围压的增大,对试样内部颗粒的约束越强,发生局部破坏范围越小,导致试样内部X形剪切带的宽度逐渐变小。研究成果可为工程实践提供指导。     

水泵水轮机四象限工况无叶区内流场PIV试验研究

鉴于PIV(粒子图像速度仪)是对流体机械内部流场进行试验研究的重要技术,以某模型水泵水轮机为例,设计搭建了模型试验台,并对试验部件进行可视化处理,利用PIV测试了水泵水轮机无叶区的四象限工况(8个开度)的内部流场,并对无叶区的速度内流分布经过PIVView3C后处理得到流线图和速度分布图。结果表明,最优开度的流线图优于导叶开度20°的内流流态,导叶开度20°的内流流态相比导叶开度5°较好,导叶开度5°的漩涡更加密集;导叶开度5°工况下的流场具有周期性变化趋势,是造成无叶区产生压力脉动的主要原因。     

Atomistic simulation of hydrogen-induced plastic zone compression during cyclic loading

To investigate the effect of hydrogen atoms on the size of the plastic deformation zone, molecular dynamics (MD) simulations were performed on a single crack model. The model uses pre-charged hydrogen to quantify the compression effect of hydrogen atoms on the plastic zone during cyclic loading. The results show that stress release at the crack tip occurs mainly in the form of plastic deformation, and the degree of compression in the plastic zone increases with increasing hydrogen concentration. A compression factor, which considers hydrogen concentration, is found with the help of the simulation results. A modified fatigue crack growth rate (FCGR) model, combined with the compression factor, was then used to predict the hydrogen-assisted fatigue crack growth rate. The proposed model shows excellent agreement with the experimental data for X100 steel, and it provides a new framework to describe hydrogen-assisted cracking.     

预测单个火灾房间内温度场分布的多层区域模型

建立了一种预测单个室内火灾发展的多层区域模型(multi-layer zone model)．整个火灾房间被划分成任意多个水平分布的区域，假设每一层内的物理化学参数分布均匀，通过质量守恒、能量守恒等建立每一层的控制方程．介绍了模型中应用的火灾模型，包括燃烧、流动和传热模型．利用Runge-Kutta积分方法得到每一层内气体温度随火灾发展过程的变化．模型预测结果和Steckler实验对比表明模型具有较好的准确性．