乙醇和二甲醚微射流火焰燃烧特性研究

采用实验及数值计算研究了乙醇和二甲醚微圆管射流火焰燃烧特性。通过实验观察到不同燃料流速下乙醇和二甲醚火焰都具有四种典型的火焰形态；使用平面激光诱导荧光测试系统获得了微射流火焰的OH基元分布，实验结果表明在较高流速下稳定燃烧的乙醇火焰比二甲醚火焰直径小，且略高于二甲醚火焰；采用考虑详细化学反应机理的数值计算对乙醇和二甲醚火焰进行了数值模拟，计算结果与实验现象吻合较好；利用一维非预混对冲火焰计算进一步研究了这两种燃料的化学反应路径，分析结果表明乙醇和二甲醚火焰的中间产物有显著差异，两种燃料化学反应特性的差异导致了不同的微火焰结构。     

微喷管氢气非预混射流火焰燃烧特性

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度接近熄灭极限速度时,火焰最高温度开始急剧下降;微圆管氢气非预混射流火焰存在最小流速对应的熄灭极限;随着管壁材料热导率降低,火焰中心轴线上的最高温度逐渐升高,喷口处壁面温度也升高;管壁材料热导率对火焰熄灭极限速度影响不显著。     

微喷管氢气非预混射流火焰燃烧特性

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明：当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度接近熄灭极限速度时,火焰最高温度开始急剧下降;微圆管氢气非预混射流火焰存在最小流速对应的熄灭极限;随着管壁材料热导率降低,火焰中心轴线上的最高温度逐渐升高,喷口处壁面温度也升高;管壁材料热导率对火焰熄灭极限速度影响不显著。     

乙醇在微尺度单电极燃烧器内的雾化与燃烧

采用荷电喷雾燃烧技术是促进微尺度下液体燃料稳定燃烧的重要方法。使用乙醇为燃料,在新型结构的喷嘴内径为0.8 mm微尺度单电极燃烧器内,进行了荷电雾化与燃烧特性的实验研究。结果表明:荷电雾化会随喷嘴电压升高而出现4种模式,对应的荷质比在脉动模式下最低,到达锥-射流模式后出现跃升,在锥-射流模式下最为稳定。荷电雾化后的乙醇在燃烧器网格处稳定燃烧,火焰温度随着当量比增大先上升后下降。火焰温度在当量比=1.0时达到最高值,且随电压增大而上升。锥-射流模式下,当量比=1.0时,燃烧效率可达89%,燃料转换效率可达90%。稳定的雾化模式以及合适的当量比,对燃烧效果具有较大的改善作用。     

低温干馏煤气/富氧大当量比燃烧实验及数值模拟研究

在内热式低温煤干馏中,引入富氧燃烧,同时提高煤气当量比,是在维持炉内温度分布基本不变的前提下提高煤气质量的有效途径。通过不同富氧比及不同尺寸烧嘴下的大当量比煤气/富氧燃烧实验结合数值模拟分析,探究了富氧低温干馏中的内热火焰温度分布特性及其受工艺条件和烧嘴尺寸的影响。结果表明:增大富氧比的同时增大燃料当量比可以维持平均火焰温度与空气助燃工况基本一致,但火焰锋面温度受局部当量比及流动条件影响;减小燃料及氧化剂射流的初始速度差,可以减缓组分混合、延长火焰并降低火焰锋面温度;煤气中三种气体按参与反应的速率快慢排序依次为氢气、一氧化碳、甲烷,随着燃烧反应进入湍流混合速率控制模式,组分间的选择性燃烧特征相对减弱。     

基于棉线的微流体燃料电池阳极传质特性LB模拟

基于棉线的微流体燃料电池采用棉线作为流道，无须外部泵、易于微型化，是便携式微流体设备非常有前景的电源，但其性能受阳极燃料传质的限制。本文采用格子Boltzmann方法研究基于棉线的微流体燃料电池阳极耦合电化学反应的传质特性，通过构建三维的棉线流道数值模型，计算得到该流道内燃料的速度及浓度分布，并讨论燃料的进口浓度及流量对该电池阳极性能及传质特性的影响。计算结果表明：阳极极化曲线与实验结果吻合较好；燃料在棉线内部的流速较低，在不同阳极过电位下，燃料浓度沿流动方向均降低，且过电位越大降低得越多；进口燃料浓度越高时，平均电流密度越高，阳极性能升高；随着进口燃料流量的增加，棉线与反应界面接触部位的浓度与其他区域浓度之间的差异增大，而进口流量较低时，该浓度的差异较小且流道后段的浓度较低。     

辊道窑烧成带富氧燃烧及火焰空间数值模拟

采用FLUENT软件对气烧明焰陶瓷辊道窑烧成带的火焰空间进行数值模拟研究,并对不同氧气浓度下以天然气和炉煤气为燃料时辊道窑烧成带的燃烧特性进行对比.数值模拟结果表明:当燃料种类和燃料量一定时,富氧燃烧可以提高燃烧的火焰温度,随氧气质量分数百分比增加,平均温度呈上升趋势,但35%时有所减少;随氧气质量分数百分比增加,以发生炉煤气为燃料时炉内CO浓度逐渐减少,而采用天然气时,CO浓度逐渐增加;相同气氛下,以天然气为燃料时炉内温度高于发生炉煤气,CO浓度较低.本文结果为辊道窑的富氧燃烧运行提供了有益的参考.     

甲烷/富氧射流扩散火焰NOx的排放特性

对甲烷/富氧同轴射流扩散火焰燃烧条件下氧化剂流速对NOx排放的影响进行了实验研究. 通过对火焰径向温度分布、火焰形态以及喷嘴出口附近扩散燃烧的流场的观测,分析了不同条件下NOx的生成特性. 结果显示,在保持氧化剂流量不变的条件下,NOx排放指数EINOx随氧化剂流速的增加而减小,在保持氧浓度及过量空气系数不变的条件下,小火焰有利于保持较低的EINOx.     

乙醇荷电喷雾对冲燃烧的火焰特性

研究液体燃料雾化燃烧的火焰特性,有助于理解整个燃烧的变化过程。基于对冲火焰结构,以无水乙醇为燃料,设计了乙醇荷电喷雾对冲燃烧装置。通过对喷雾和火焰进行拍摄,并对火焰温度进行测量,得到了不同燃料流量下的喷雾形态、火焰形态和火焰温度变化,探讨了不同当量比、应变率对火焰形态和温度的影响规律。结果表明:随着乙醇流量的增加,喷雾的雾化核心区域和卫星区域的分界逐渐消失,当乙醇流量增加到13ml/h时,喷雾出现液柱。当量比小于1时火焰保持稳定,当量比大于1时火焰出现振荡,火焰的无量纲直径随当量比的增加呈减小趋势。随着应变率的增大,火焰的无量纲直径减小,温度降低。     

LPG掺混DME燃烧特性研究

为研究液化石油气掺混二甲醚的混合燃料的燃烧特性,依据GB16410—2007《家用燃气灶具》,对二甲醚质量分数分别为15%、20%和25%的混合燃料进行燃烧特性测试,通过实验室测试及理论计算得出:在一定的二甲醚掺混比例下,混合燃料的燃烧特性与液化石油气基本相同,并对混合燃料的应用提出了相关建议。     

乙醇荷电喷雾对冲燃烧的火焰特性

研究液体燃料雾化燃烧的火焰特性，有助于理解整个燃烧的变化过程。基于对冲火焰结构，以无水乙醇为燃料，设计了乙醇荷电喷雾对冲燃烧装置。通过对喷雾和火焰进行拍摄，并对火焰温度进行测量，得到了不同燃料流量下的喷雾形态、火焰形态和火焰温度变化，探讨了不同当量比、应变率对火焰形态和温度的影响规律。结果表明：随着乙醇流量的增加，喷雾的雾化核心区域和卫星区域的分界逐渐消失，当乙醇流量增加到13 ml/h时，喷雾出现液柱。当量比小于1时火焰保持稳定，当量比大于1时火焰出现振荡，火焰的无量纲直径随当量比的增加呈减小趋势。随着应变率的增大，火焰的无量纲直径减小，温度降低。     

氧含量对富氧燃烧玻璃熔窑热工特性的影响

为加深对富氧燃烧玻璃窑炉热工特性的进一步认识,在燃料燃烧计算的基础上,应用改进的充分搅拌火焰空间传热模型,采用数值方法计算研究了氧含量对玻璃窑炉热工特性参数的影响.计算结果表明,随氧含量增加,空气需要量和烟气生成量逐渐降低,理论燃烧温度明显提高;氧含量增加,火焰黑度增大,火焰辐射给玻璃料液面的热量也增大,且增幅显著,表明富氧燃烧确有节能降耗的作用.氧含量改变对窑墙内、外表面温度和通过窑墙的散热损失影响不大.     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

替代燃料二甲醚在梭式窑中的燃烧实验研究

在对二甲醚(DME)进行理论燃烧计算的基础上,开展了DME作为替代燃料应用于梭式窑的燃烧实验研究,观察了随燃料DME流量的增加,预混和非预混燃烧火焰的变化,研究了空气系数对垂直烟道处火焰的影响。在1.0m3梭式窑内进行DME与石油液化气(LPG)的对比实验,实测数据结果表明,由于DME烧成排烟热损失比LPG降低了7.79%,DME烧成热耗比LPG烧成热耗低8.85%,窑炉热效率提高9.6%。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

燃烧器不同因素对燃料转化率影响的数值计算

随着天然气、煤层气的不断开采和广泛应用,对甲烷-空气非预混燃烧特性的研究显得尤为重要.基于涡耗散理论,采用有限容积法建立组分燃烧与输运控制方程,针对长2 m,直径为0.9 m的圆筒形燃烧器内甲烷-空气非预混燃烧过程进行数值计算.分析了组分不同入口流速、温度对燃烧过程燃料转化率的影响.结果表明:随着空气入口流速的不断增加...     

电磁场强度对层流火焰和NO生成特性的影响

在液化气与空气燃烧的层流火焰两侧施加放电磁场,测定磁场强度,采用双铂铑热电偶和综合烟气分析仪检测层流自由射流火焰温度和NO浓度,分析了不同磁场强度下层流自由射流火焰特性和NO生成特性. 结果表明,在电磁场作用下火焰长度变短,火焰下部直径增大;随磁场强度增大,火焰面下部温度提高. 电磁场可减少火焰中N, HCN, CN等离子和离子团与氧的碰撞几率,导致NO浓度降低,最大下降值为4.26 mg/m3,最大降幅为78.60%.     

亚大气压下AP/HTPB微尺度稳态燃烧的数值模拟

为研究亚大气压下高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的燃烧特性,采用三步反应动力学机理,建立二维三明治模型,耦合气固两相;对20~80kPa下AP/HTPB的微尺度燃烧进行模拟,并与高压下(4MPa)AP/HTPB燃烧特性差异进行对比。结果表明,亚大气压下BDP模型中第一步反应靠近燃面,放热量较大,在AP/HTPB推进剂燃烧过程中占主导地位;燃烧环境压强不同,导致火焰的特性不同,亚大气压下火焰中扩散与混合过程共存,高压下为扩散火焰;相比于高压,亚大气压火焰离燃面远,面积大;由于高低压下放热区域及放热率差异导致气固相温度分布不同,从而影响燃面形状,亚大气压下AP与HTPB交界处相对于整个燃面突出,而高压下交界处相对于整个燃面凹陷。     

直流电场下小尺度扩散火焰建模与控制仿真

烃类燃料的燃烧使火焰中含有带电粒子,因此通过外加电场可以实现对微小尺度下液体燃料的燃烧控制。采用液体乙醇为燃料,内径0.9 mm不锈钢管为喷管,外加高压直流电场,得到小尺度扩散火焰伏安特性曲线。将燃烧系统等效成电路模型,根据电路理论得到火焰等效电阻变化规律。产生的离子电流作为被调量,运用简单的经典PID闭环控制,实现了对火焰的控制。仿真结果表明,设计的控制系统具有较好的抗干扰能力,为微型燃烧器的控制和稳定运行提供理论指导和参考依据。     

直流电场下小尺度扩散火焰建模与控制仿真

烃类燃料的燃烧使火焰中含有带电粒子,因此通过外加电场可以实现对微小尺度下液体燃料的燃烧控制。采用液体乙醇为燃料,内径0.9 mm不锈钢管为喷管,外加高压直流电场,得到小尺度扩散火焰伏安特性曲线。将燃烧系统等效成电路模型,根据电路理论得到火焰等效电阻变化规律。产生的离子电流作为被调量,运用简单的经典PID闭环控制,实现了对火焰的控制。仿真结果表明,设计的控制系统具有较好的抗干扰能力,为微型燃烧器的控制和稳定运行提供理论指导和参考依据。