天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧

设计了孔径沿程变化的渐变型多孔介质(GVPM)燃烧器，为了解天然气在其中的预混燃烧特性，对燃烧室气体、固体温度分布和CO、NO；污染物排放进行了测量．试验研究了渐变型多孔介质中燃烧的温度场分布、火焰移动、污染物排放、稳定性及多孔介质孔径结构对燃烧特性的影响规律．将研究结果与几种均匀型多孔介质(HPM)中的燃烧进行比较，发现渐变型多孔介质中的燃烧可以有更多的优点，包括均匀温度场分布、极低污染物排放、高火焰速度、高稳定性、宽燃烧极限和有很大的负荷调节范围等．     

多孔介质中预混火焰猝熄及自稳定性研究

分析了多孔介质中预混火焰的猝熄效应,试验测定了一系列工况下泡沫陶瓷的猝熄直径和自稳定范围,为多孔介质燃烧器的开发设计提供了依据。通过分析发现,猝熄直径受到多个参数的影响,包括：混合气体的流速u、预混气体的层流火焰传播速度SL、燃烧室空管Re、预混气体的导温系数a、当量比φ以及多孔介质固体温度Ts。通过对多孔介质中燃烧的自稳定性试验研究,发现了多孔介质燃烧器中火焰稳定极限(吹脱极限和回火极限)与多孔介质平均孔径和气流速度及燃烧当量比的关系。     

天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧启动特性

针对天然气在渐变型多孔介质燃烧器中的点火启动过程进行了试验研究,通过监测燃烧器壁面或气体温度在点火后的变化,得到了影响启动时间的因素及特性,对特定的燃烧器而言,启动时间与预混气体当量比、流速以及点火位置有关,在冷态下点火,随着当量比接近理论当量比,启动时间减小;混合气体流速增大,启动时间增大;点火位置从燃烧器外移到燃烧器人口时,启动时间可大大缩小,采用小流速、近理论当量比条件下点火,对多孔介质层预热,有利于火焰迅速向上游移动,然后再调整到需求当量比或流速,可以大大减小燃烧器启动时间,采用孔径变化率高的渐变型多孔介质结构,也可以达到缩短启动时间的目的。     

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.     

基于多孔介质燃烧的端部辐射器的实验研究

设计了基于多孔介质燃烧技术的端部辐射器,研究不同预混气体流速(功率)下当量比对燃烧器燃烧稳定性、多孔介质内部温度、辐射器表面温度及其均匀性、污染物排放、辐射效率等特性的影响.结果表明,燃烧器辐射表面的温度均匀性较好.最大相对温差小于3%:多孔介质燃烧器可实现最低当量比0.33的稳定可持续燃烧;小功率燃烧时.多孔介质内部温度及端部辐射表面温度都随当量比增大而增加,且流量越大增加程度越大,可据此提出实现更高辐射表面温度的方案.实验工况范围内.最大辐射效率达23%;NO<,x>排放体积分数低于25×10<'6>,在当量比大于0.45时,CO排放体积分数均低于10×10<'6>.     

有序堆积床内预混气体燃烧特性实验研究

为研究预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰燃烧特性,设计了一种新型多孔介质燃烧器,其中多孔介质区域由氧化铝圆柱体有序堆积而成。分别研究了当量比和入口速度对甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰温度分布、火焰最高温度以及火焰传播速度的影响。结果表明:在当量比0.162~0.324、入口速度0.287~0.860 m/s的实验工况下火焰均可以稳定向前传播,并且都发生了超绝热燃烧;当量比越大,入口速度越大,火焰最高温度越高;当入口速度为0.430 m/s时,贫可燃极限的当量比可以扩展到0.162;火焰传播速度随着入口速度的增加和当量比的减小而增大,其数量级为0.100 mm/s,属于一种十分典型的低速过滤燃烧。     

多孔介质中预混式燃烧的数值研究

本文考虑向燃烧室中插入高孔隙率的多孔介质的燃烧过程,根据气固两相局部非热平衡假设,建立了混合气体在惰性多孔介质中预混燃烧的一维数学模型,模拟了不同条件下甲烷-空气的预混合气在多孔介质中燃烧时的温度分布及气体流速、当量比和吸收系数对燃烧室气体温度峰值的影响.结果表明,多孔介质的存在明显改善了燃烧室的换热性能,强化了对新鲜混合气的预热,加速了燃烧反应的进行,燃烧室利用率提高.     

多孔泡沫陶瓷中预混火焰燃烧速率的试验研究

本文对在多孔泡沫陶瓷中的甲烷／空气预混燃烧的燃速特性进行了实验研究，用一专用燃烧器对两种材质不同孔径尺寸的多孔介质分别测定了它们的预混燃烧速率。所得结果表明，其燃速与层流无多孔介质的自由火焰相比有显著的提高，并且受到材质和孔径大小的影响。同时，当量皆可燃稳定上下界限也有相应扩大。     

多孔介质燃烧器的辐射输出效率和污染物

使用双温度体积平均模型、详细化学反应机理GRI3．0，对甲烷，空气预混气在多孔介质燃烧器内的预混火焰进行模拟．分析不同当量比和质量流量下的预热效率、辐射输出效率以及污染物排放情况，并对辐射输出效率随多孔介质热物性参数的变化进行敏感性分析．结果表明，增大相间对流换热系数或减小当量比、质量流量及固相消光系数都可以提高辐射输出效率，减小当量比或质量流量可以减少污染物排放．在所有的影响因素中，当量比的影响最大，发展超贫燃燃烧技术是获得高效低污染多孔介质燃烧器的关键．     

多孔介质特性参数对燃烧温度及压力影响的数值模拟研究

考查了两段式多孔介质内预混气燃烧的温度与压力分布情况。建立了甲烷／空气预混气体在多孔介质内燃烧的二维数学模型,运用FLUENT软件求解瞬态控制方程的方法计算出燃烧稳定后多孔介质内的温度、与压力分布,并考查了不同当量比、多孔介质辐射衰减系数和导热系数对温度和压力分布的影响。结果表明,甲烷／空气预混气体在多孔介质中燃烧,当量比越大温度峰值越高,压力梯度越大;小孔介质辐射衰减系数的改变对温度分布和压力分布没有明显的影响,而大孔介质辐射衰减系数对温度分布和压力分布有较大的影响;增加多孔介质的导热系数,会使固相与气相温度均有所升高,燃烧区域压力降低。     

多孔介质回热微燃烧器的扩散燃烧

设计了多孔介质回热微燃烧器.进行了微燃烧器的扩散燃烧特性实验研究,得到了其燃烧效率、出口尾气温度、壁面温度和热损失率随燃烧热功率和过量空气系数的变化规律.实验发现,在较宽的操作范围内,微燃烧器具有较高的燃烧效率和出口尾气温度,而且随着燃烧功率和过量空气系数的增大,微燃烧器的壁面温度和热损失率反而减小.分析表明,采用回热夹层和多孔介质相向的进气方式,使得反应气体的流动方向与散热方向相反,有效回收了热量损失,提高了微燃烧器的热效率和出口尾气温度.所设计的多孔介质回热微燃烧器对开发微燃烧透平发电系统具有重要应用价值.     

Numerical study on methane/air combustion characteristics in a heat-recirculating micro combustor embedded with porous media

Micro-combustor is a portable power device that can provide energy efficiently, heat recirculating is considered to be an important factor affecting the combustion process. For enhancing the heat recirculating and improving the combustion stability, we proposed a heat-recirculating micro-combustor embedded with porous media, and the numerical simulation was carried out by CFD software. In this paper, the effect of porous media materials, thickness and inlet conditions (equivalence ratio, inlet velocity) on the temperature distribution and exhaust species in the micro combustor are investigated. The results showed that compared with the micro combustor without embedded porous media (MCNPM), micro-combustor embedded with porous media (MCEPM) can improve the temperature uniformity distribution in the radial direction and strengthen the preheating capacity. However, it is found that the embedding thickness of porous media should be reasonably arranged. Setting the thickness of porous media to 15 mm, the combustor can obtain excellent comprehensive capacity of steady combustion and heat recirculating. Compared the thermal performance of Al₂O₃, SiC, and ZrO₂ porous media materials, indicating that SiC due to its strong thermal conductivity, its combustion stabilization and heat recirculating capacity are obviously better than that of Al₂O₃ and ZrO₂. With the porous media embedded in the micro combustor, the combustion has a tempering limit of more than 10 m/s, and the flame is blown out of the porous media area over 100 m/s. The reasonable equivalence ratio of CH₄/air combustion should be controlled within the range of 0.1–0.5, and “super-enthalpy combustion” can be realized.     

微型热光电系统多孔介质燃烧器性能的实验研究

为保证微型热光电动力系统能稳定、高效地工作,燃烧器壁面需有较高的温度,且分布均匀．对采用多孔介质结构的微型燃烧器进行了实验研究,分析了孔隙率、CH_4/O_2混合比等因素对燃烧器性能的影响．结果表明,采用多孔介质结构可以改善燃烧器内的燃烧传热过程；合理选择孔隙率和工况参数,可以优化燃烧器壁面温度分布,提高系统工作性能．     

A reciprocal flow filtration combustor with embedded heat exchangers: numerical study

A reciprocal flow filtration combustor with embedded heat exchangers is numerically studied. In this system the combustion of methane and air mixture is stabilized in a transient porous media combustor by periodical switching the direction of the flow. Two heat exchangers are placed in the terminal sections of the porous matrix, constraining the reaction in the central insulated zone. The predicted temperature profile inside the reactor has a typical trapezoidal shape. The central plateau temperature ranges between 1300 and 1600 K as the equivalence ratio varies from 0.15 to 0.7 and the filtration velocity from 15 to 45 cm/s. The efficiency spans the range of 50-80% being higher for higher equivalence ratios and filtration velocities.     

微通道壁面加热对甲烷空气预混火焰传播特性的影响

对于甲烷和空气预混合气在矩形微燃烧室内的燃烧过程,采用加热片加热,对比分析了在外部加热时,有无隔板对燃烧稳定性的影响,并分析了不同加热温度下隔板式燃烧室内火焰传播特性。实验结果表示,随着加热温度的提升,隔板型燃烧室稳定燃烧区域不断增大；加热温度高于600K,隔板型燃烧室的火焰吹熄极限有明显改善；高温加热利于提高隔板型燃烧室在较大流量情况下燃烧的稳定性。相较于单通道燃烧室,外部加热对隔板型燃烧室燃烧稳定性的改善更加明显。     

A numerical study of the stability of one-dimensional laminar premixed flames in inert porous media

This work presents a numerical study of the stabilization diagram of methane/air premixed flames in a finite porous media foam with a uniform ambient temperature. A set of steady computations are considered, using a 1D numerical model that takes into account solid and gas energy equations as well as chemistry and radiation models. The present results show that both stable and unstable solutions, for upper and lower flames, exist either at the surface or submerged in the porous matrix. The influence of the 1D computational domain, boundary conditions, and gas/solid interface treatment on the stability of the calculated flames is also discussed. A linearized version of the discrete-ordinates radiation model is included in the linear stability analysis to discuss the influence of radiation on the stability of the flames. The full stabilization diagram and the linear stability analysis provide information on the stability of the flames, pointing to the existence of unstable upstream surface flames as well as unstable submerged flames on the downstream part of the porous media.