微细腔内甲烷湿空气预混催化重整产氢特性

针对微动力机电系统易熄火，燃烧效率不高等问题，体力学软件FLUENT6.2和可以计算表面反应的化学反应动力学软件CHEMKIN4.0，对甲烷/湿空气在壁面涂有含稀土的镍基催化剂的微细预混腔中催化重整产氢特性进行了数利用碳氢燃料和湿空气中水蒸气预混催化重整产氢来强化燃烧，以实现微尺度下燃料的持续稳定高效燃烧。针对提出的微细燃烧动力装置内燃料-空气预混腔,联合使用计算流值研究，探讨了微细腔中甲烷蒸汽重整的关键影响因素。结果表明：在微细预混腔内甲烷湿空气预混催化重整中,水碳比、催化壁面温度和混合气质量流量对重整产氢性能有重要的影响。在微细腔内，水碳比为1、温度高于1100K和满足一定发电量情况下相对低的质量流量有利于高产氢量、高重整效率和相对低的水蒸气残余量。在催化壁面温度恒定为1100K、水碳比为1、甲烷的质量流量为6.5g/h以及甲烷和湿空气的质量流量比为0.2情况下，出口氢气质量浓度可达3.5%。     

空气槽对微型双通道螺旋型过量焓燃烧器工作特性的影响

为了解空气槽对平板微型双通道螺旋型过量焓燃烧器(Swiss-roll燃烧器)工作特性的影响,采用甲烷/空气预混气,在带有空气槽和没有空气槽的平板Swiss-roll燃烧器中进行燃烧实验。实验结果表明:空气槽有助于扩展微燃烧器的可燃极限,使燃烧器在更大的空气过量系数和更小的甲烷流量下工作,同时增加了燃烧器外壁的温度梯度。另外,对带有空气槽的微燃烧器进行了数值模拟。数值结果表明,高温燃气对未燃混合物有很强的加热作用,一方面使预混火焰面发生倾斜,另一方面使预混火焰在微燃烧器内部的位置随着流速、空气过量系数、外界散热的变化而变化。     

一种微细型腔内氢气与空气预混燃烧的实验研究

针对微型涡轮发动机燃烧室的特点，搭建了氢气与空气预混燃烧实验装置，采用耐热合金材料以电火花特种工艺加工成型微细燃烧部件，开展了微细型腔燃烧特性实验研究，测试获得了着火浓度极限和燃烧温度变化规律，分析了运行参数对燃烧状况的影响。结果表明：由于微细型腔外表面散热损失的增大，火焰传播速度减小，可燃浓度范围明显缩小。在实验运行参数范围内，随着预混燃气流速的增加，着火极限浓度减小。对于外径为毫米级的微细燃烧腔，采用增压燃烧可以有效地扩大微型腔内的着火浓度极限，提高燃烧稳定性。     

天然气锅炉中天然气的燃烧及调整

天然气锅炉中，天然气的燃烧方式有扩散燃烧和预混燃烧2种。扩散燃烧是燃气与空气在锅炉内一边扩散混合，一边燃烧，它分为层流和湍流2种燃烧方式；其燃烧的快、慢主要取决于燃气与空气混合的程度。预混燃烧是燃气在燃烧前与部分或全部的空气均匀混合后，再送入炉内燃烧。在天然气锅炉调整天然气燃烧时，可调整天然气的工作压力、总风量、燃烧器配风、投运燃烧器的数量及改变炉膛火焰中心的高度等。     

微型自由活塞发动机发电系统催化燃烧特性研究

为了解催化对微型发动机燃烧室内甲烷燃烧特性的影响,采用甲烷和空气的预混合气体,对在活塞上表面和燃烧室顶部涂有Pt-La/γ-Al2O3催化剂的微型发动机的催化燃烧特性进行了实验研究及数值模拟,对比分析了有、无催化燃烧时微型发动机的燃烧特性。结果表明:催化燃烧可以提高燃烧效率,着火时刻会有大幅度的提前,微型发动机具有更高的输出功率和能量密度;催化燃烧可以降低燃料的着火温度,扩展微燃烧的可燃界限。     

CO为主燃料的混合燃料预混火焰燃烧特性研究

以CO为主燃料的混合燃料为对象,应用Chenkin软件,采用包含53种组分、325个基元反应的甲烷燃烧详细反应机理(GRI-Mech 3.0),研究了CO为主燃料的混合燃料预混火焰燃烧特性。结果表明:CO为主燃料的混合燃料最大火焰温度和最大层流燃烧速度都出现在富燃料侧,添加H2可以显著提高火焰温度和火焰的燃烧速度。     

介质阻挡放电边缘电场对甲烷燃烧强化的影响

燃烧强化是介质阻挡放电的一种新应用,是加速燃烧的化学动力学过程,从而提高燃料的点火性能、燃烧速度和稳定性等燃烧特性的一种新技术。为此,利用一种同轴介质阻挡放电结构对甲烷进行放电,然后将处理后的甲烷与空气混合、燃烧,研究放电对火焰形态的影响。实验现象表明经处理后燃料的燃烧火焰的整体位置向下移动,出现回火现象,通常认为这是由火焰的燃烧传播速度增加所引起的。但该文认为这种回火现象是由介质阻挡放电电极的边缘电场效应所引起的。边缘电场加速燃料等离子体与空气的混合过程,并最终引起回火。该文采用添加绝缘导管的方法考察边缘电场对燃料气体混合过程的影响,证实了带电粒子在边缘电场的作用下会改善燃料气体的混合过程。     

预混气体在泡沫陶瓷多孔介质燃烧温度分布与火焰面移动特性

为了解多孔介质内预混燃烧的温度特性和火焰面传播特性,采用红外热像仪对不同当量比和进口气体速度的甲烷/空气预混气体在泡沫陶瓷多孔介质内的燃烧进行试验研究。泡沫陶瓷材料采用碳化硅、氧化铝和氧化锆,泡沫陶瓷孔径采用394、787和1 181PPM。结果表明,火焰面移动速度和当量比呈反比,受进口气体速度的影响不明显;火焰可以向上游或向下游传播,火焰面移动速度范围为0.35~0.38 mm/s;确定了不同材料和孔径的泡沫陶瓷内的驻定燃烧当量比和自稳定当量比范围。     

黎开预混燃烧器热声不稳定的试验研究

为探索燃烧过程中热声不稳定的产生机理，搭建了黎开(Rijke)预混燃烧器热声不稳定研究试验台架，并进行了试验研究。Rijke预混燃烧器为直径40 mm，管长1066 mm的不锈钢圆管，下端封闭，上端开口；致密堇青石材质的多孔介质稳燃体位于燃烧器四分之一管长处，甲烷与空气的预混气体在稳燃体上方燃烧形成平面火焰作为加热热源。试验发现，化学当量比f 对Rijke预混燃烧器内热声不稳定的强度有重要的影响，维持Rijke预混燃烧器持续燃烧的下限极限化学当量比和上限极限化学当量比分别为0.63和1.75。另外，试验发现了预混燃烧器内热声不稳定的最大强度并非发生在f=1.0时，而是在f=1.30左右；并且当1.0￡f ￡1.5时，预混燃烧器内的热声不稳定均维持较高的强度。     

当量比和反应物混合模式对无焰燃烧的影响

给出空气和燃料在3种初始混合模式(非预混、部分预混和完全预混)下无焰燃烧的实验结果,介绍了无焰燃烧的实现方法,研究当量比和初始混合模式对无焰燃烧的影响。实验炉在功率为7.5~15 kW下运行,当量比的变化范围为0.5~1。实验结果表明,无焰燃烧状态一旦建立则很稳定,很容易维持。无论是预混、非预混还是部分预混燃烧,其炉温差别不大,CO和NOx排放低。当量比接近1时,虽然炉内仍处于无焰燃烧状态且NOx排放量少,但CO和H2排放量都极多,此时并不是清洁燃烧。当量比小于0.98时,3种混合模式下烟气中的CO和H2含量都极低,但部分预混无焰燃烧产生的NOx排放量相对较多,而完全预混无焰燃烧的NOx排放量最低。文中还对当量比对NOx排放量的影响进行了详细分析。     

多孔介质表面火焰最小稳燃空间实验研究

为考察以多孔介质壁面为进气壁面的微燃烧器的最小稳燃空间,该文以多孔介质表面平面火焰为对象,以甲烷/空气预混气为燃料进行点火及熄火实验研究。实验中采用与多孔介质表面平行的可控温铜板来模拟燃烧室壁面,详细考察了不同燃料当量比和预混气流速时,铜板壁面温度对点火距离和熄火距离的影响。实验结果表明：当量比处于0.9～1.0之间最容易点火;在相同的当量比下,随着预混气流速的增大,点火距离先逐步减小后增大。随着平板壁面温度的提高,点火距离和熄火距离同时减小,分析认为,热熄火是其熄火的主要因素。     

Specifics of heat and mass transfer in spherical dimples under the effect of external factors

The specifics are examined of heat transfer enhancement with spherical dimples under the effect of factors important for practice and characteristic of cooling systems of gas-turbine engines and power units. This experimental investigation deals with the effect of the following factors on the flow in a channel with hemispherical dimples: continuous air swirl in an annulus with dimples on its concave wall, dimples on the convex or concave wall of a curved rectangular channel, imposition of regular velocity fluctuations on the external flow in a straight rectangular channel, and adverse or favorable pressure gradient along the flow direction. The flow is turbulent. Reynolds numbers based on the channel hydraulic diameter are on the order of 10⁴. Results of the investigation of a model of a two-cavity diffuser dimple proposed by the authors are presented. It has been found that results for channels with spherical dimples and for smooth channels differ not only quantitatively but also qualitatively. Thus, if the effect of centrifugal mass forces on convex and concave surfaces with hemispherical dimples and in a smooth channel is almost the same (quantitative and qualitative indicators are identical), the pressure gradient in the flow direction brings about the drastically opposite results. At the same time, the quantitative contribution to a change in heat transfer in hemispherical dimples is different and depends on the impact type. The results are discussed with the use of physical models created on the basis of the results of flow visualization studies and data on the turbulence intensity, pressure coefficient, etc. Results of the investigations suggest that application of spherical dimples under nonstandard conditions requires the calculated heat transfer to be corrected to account for one or another effect.     

合成气微型燃气轮机燃烧室优化设计及数值模拟

初步设计了一种以富氢合成气为燃料的微型燃气轮机燃烧室。根据相关标准及热力计算结果依次确定了燃烧室的基本几何尺寸。二次风、掺混冷却孔的位置及开孔面积和旋流燃烧器的结构等,并利用计算流体动力学软件对所设计的燃烧室的冷、热态流场,燃烧稳定性,燃烧效率和压力损失等性能进行了数值研究。计算结果表明：设计的燃烧室流场合理,燃烧稳定,燃烧效率高,压力损失小,基本上达到了设计要求。     

基于同轴直管和倒置锥形管的氩大气压等离子体射流放电形态的实验和仿真

为了研究同轴直管和倒置锥形管对氩气大气压等离子体射流(APPJ)放电形态的影响,首先进行实验,并通过建立二维轴对称模型,耦合求解连续性方程、Navier-Stokes方程、k-ε湍流方程和粒子质量输运方程,数值仿真两种管体中的氩气流的摩尔分数分布。相关结果表明,层流状态下,直管中的放电沿着管壁发展且不稳定;倒置锥形管中放电稳定,且集中在管体轴部。在层流状态下,与传统的同轴直管相比,采用锥管能够改善氩气流场分布,管体内存在较低氩气摩尔分数形成的薄层,阻碍了沿面放电的发生,保证了放电的稳定性。而湍流状态下,由于径向扩散效应,两管体中氩气摩尔分数分布差异变小,等离子体放电的形态差异不大。     

压力位差式气体层流流量传感器开发

基于压力位差式气体层流流量技术,进行了新型层流流量传感器的设计和测试工作.传感器由本体和集成盖板两部分组成,壳体采用一体化加工,毛细管组固定于壳体的两个流道中,取压盖板使用内部嵌入式管路联通的方式代替外部取压管,毛细管组、滤网、管路连接件等均采用模块化设计,差压、绝压和温度传感器集成在取压盖板上.分析了传感器工作原理,给出了修正公式,基于活塞式气体流量标准装置进行了空气和氮气两种介质的实验测试,最大流量约为50 L/min.测试结果显示,两种气体的流量测量误差均小于±0.8％,量程比达到250倍.预计这种传感器可以在微小气体流量准确测量领域获得应用.     

冷却塔排烟风洞模拟

将烟囱放入冷却塔内（烟塔合一）的电厂逐渐增多,因此有必要对其进行风洞模拟,以更好掌握塔内流场及相关情况。按照相似理论,给出了塔内烟气扩散过程主要关系式;通过风洞实验,模拟了烟塔合一塔内流场和烟气浓度,研究了不同环境风速下百叶窗全开、上下游百叶窗分别关闭对塔内流场的影响,给出了塔内烟气流场的形态及烟气中心漂移方向及漂移量,指出塔壁附近烟气浓度比烟道壁附近浓度低许多;研究了穿透风的发生条件和范围,模拟了一些抑制穿透风措施的效果;将北方某电厂流场实测结果与类似电厂风洞模拟结果进行简单比较,所得结果非常接近。研究结果表明,所给出的烟气在塔内扩散公式近似成立。     

燃气轮机燃烧室压力对火焰辐射换热影响的模拟计算与分析

采用数值方法对燃气轮机在燃烧室油气比和进口气流温度一定时,燃烧室压力分别为0.6、1.0、1.2、1.4MPa工况下的火焰辐射换热进行模拟计算。结果表明,随着燃烧室压力增加,主燃区烟颗粒浓度、火焰筒壁的辐射热流量明显增加;主燃区温度随压力增加呈下降趋势;燃气温度沿火焰筒轴向逐渐下降,主燃区至中间区急剧下降,其下降速率随压力增加而变快,而掺混区受压力变化影响较小。     

670t/h四角切圆锅炉反切消旋的数值模拟和工程实践

利用燃烧数值模拟程序对一台670t/h四角切圆锅炉进行了三次风与OFA反切工况数值试验研究.研究结果表明：三次风反切使反切层以上炉内流场旋转减弱,相对切圆直径和充满系数在反切层降低,炉内气流混合强度变化不大,对炉内主气流的空气动力结构影响不大;炉膛温度场和氧气浓度场显示,反切后改善了炉内温度分布,对主燃烧区的影响较小;壁面高温区减少,降低了结焦可能性;反切降低水平烟道入口左右侧温差,削弱了水平烟道入口的扭转残余,减小了水平烟道中的气流速度不均匀性,截面平均烟温略有下降,对受热面换热影响不大.工程实践表明,数值试验结果与实际运行吻合良好,采用三次风与OFA反切消旋方法,减少了残余扭转,改善水平烟道温度分布,较好地解决了四角切圆燃烧锅炉存在的出口烟温偏差问题。     

气化炉洗涤冷却室内气液两相湍流流动特性的数值模拟

建立分别描述气相和液相湍流的两相湍流欧拉-欧拉双流体模型,模拟新型水煤浆气化炉洗涤冷却室内气体穿越液池过程中的气液两相流动特性。通过与试验结果的对比,表明该模型能对气化炉洗涤冷却室内的气液流动进行较好的预测。研究发现,气体在反折向上流动过程中,在冷却管外壁面聚集并主要沿冷却管边缘上升,且具有较大的上升速度;气液湍动能主要发生在冷却管出口及冷却管外壁面附近;洗涤冷却室内分隔板的存在促进了气体的扩散,使气相在液池内的分布更广,能有效抑制液面的波动,有利于装置的稳定运行。     

SF_6/N_2混合气体灭弧室中气流特性的计算分析

以能量平衡方程为基础,建立了分析压气式SF_6断路器灭弧室喷口气流场的数学模型,在不同比例的SF_6/N_2混合气体条件下,对上游区(压气缸)气体压力和温度以及喷口喉道内的气流量进行了数值计算,通过改变混合比、基压、喷口直径和下游扩张角等参数进行大量计算,最终达到了混合气体条件下产生及维持与纯SF_6气体接近或相同的SF_6质量流量的目的,以确保所需的灭弧能力,