低热值燃气往复多孔介质燃烧特性

为了研究低热值预混燃气（当量比<0.4）在往复式多孔介质燃烧器中的燃烧特性,建立两端布置蓄热段的往复多孔介质燃烧试验台,研究温度波动、轴向温度分布及燃烧极限的特性.结果表明,低热值预混燃气温度波动特性与火焰面位置有直接关系,两端布置蓄热段能够减小泡沫陶瓷多孔介质温度波动幅度.随着当量比的降低,轴向温度分布形状从“马鞍形”、“梯形”、“椭圆形”,变化到系统达到燃烧极限时形成的“三角形”分布.加入蓄热小球使高温段平均温度升高、排烟温度降低.燃烧极限与系统半周期、空截面流速及热负荷密切相关.系统能够达到的最低燃烧当量比为0.1.     

多孔介质内低热值气体燃烧及传热数值模拟

以一个简化的氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器为模拟对象,使用计算流体力学(CFD)方法对低热值气体燃烧进行模拟研究.考虑气体的湍流扩散和气固间的对流换热及固体间的辐射和导热换热,通过研究多孔介质内的压力分布、速度分布、温度分布及组分分布,对多孔介质内的总的热流密度及辐射热流密度进行对比分析,揭示燃烧器内不同轴向位置的燃烧及换热规律.结果表明,低热值气体在氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器内燃烧时火焰面前沿气固温差大于火焰面后气固温差.火焰面前沿固体温度高于气体温度,热量由固体传向气体,对流换热强度较大;火焰面后沿气体温度高于固体温度,热量由气体传向固体,对流换热强度较小.     

多孔介质预混燃烧气固温度分布特性试验研究

为研究多孔介质燃烧、传热和生成物特性，采用非接触式红外测温仪对多孔介质预混燃烧室中气、固两相温度分布进行了试验研究.结果表明预混气体在多孔介质中燃烧时，气相和固相的温度是不同的，存在－60～+100 K的温差.试验得到了不同当量比、热流密度和孔径下的燃烧室气、固温度分布.在火焰前缘，固体骨架的温度高于多孔介质内气体的温度，对气体有预热作用；在火焰后缘，气体温度高于固体骨架温度，对固体骨架有蓄热作用.当量比降低，气、固温差波动变小；当量比不变，热流密度增大，气、固温度差值在轴向长度方向变化小.     

自由堆积多孔介质内超绝热燃烧的试验研究

为探索多孔介质内超绝热燃烧的特性,搭建了自由堆积多孔介质超绝热燃烧试验台架,测量了不同化学当量比（0.4～0.7）的甲烷/空气预混气体的超绝热燃烧特性.自由堆积多孔介质由直径为3和6 mm的Al2O3小球在陶瓷管（Φ38 mm×500 mm)中堆积而成,孔隙率为0.42.试验结果表明,在多孔介质中只有当燃烧波正向传播时才可能产生超绝热燃烧.在贫燃条件下超绝热燃烧的上限化学当量比为0.7,下限化学当量比为0.4;当化学当量比小于0.4或大于0.7时,在贫燃条件下的超绝热燃烧将不能实现.多孔介质中预混燃烧的火焰锋面速度约为7.82 μm/s,最大燃烧锋面温度超过绝热燃烧温度139 K.     

内嵌换热面双层多孔介质预混燃烧试验研究

为了研究具有内嵌换热面的泡沫型多孔介质中的气体燃烧、传热特性,将换热面内嵌布置于双层泡沫型多孔介质下游碳化硅泡沫陶瓷中,试验研究甲烷/空气预混气体在其中的温度分布、稳燃范围、燃烧产物排放特性,分析燃烧器热效率和换热面在多孔介质内的传热过程.结果表明,在泡沫型多孔介质燃烧系统中内嵌换热面后可以降低燃烧器温度水平,具有较宽的稳燃范围;相较于无换热面情况,内嵌换热面后,燃烧器出口NOx排放量下降,试验工况范围内低于35mg/m3;燃烧器热效率随入口气流速度下降并保持在60%~80%;换热管外壁与多孔介质气固两相的传热相较于传统的气流横向冲刷管束,平均传热系数增幅可达75%.     

低速过滤燃烧热斑不稳定性实验研究

通过对多孔介质燃烧器内低速过滤燃烧胞状结构不稳定性的实验研究发现,在直径3.5 mm氧化铝小球堆积床内,出现在主燃烧波上游的胞状结构体对主燃烧波传播的稳定性起着支配作用。另外,通过分析比较局部热斑分布图发现,热斑不均匀地驻定在燃烧器内,而且堆积床内孔隙率对热斑影响显著,孔隙率小,热斑点多且其单个体积小;孔隙率大,热斑数量少且其单个体积大。     

二级环流对双级贫预混火焰熄火边界的影响

为改善预混火焰的燃烧稳定性,提出双级贫预混燃烧的火焰组织思路,对预混气流进行不同当量比的径向分级,使其能在较低当量比时稳定燃烧.以一定流动条件下直管射流火焰和双级贫预混火焰的中心气流所能达到的最小稳燃当量比作为熄火边界,实验测量并分析火焰不同组织方式和环流条件变化对熄火边界的影响.结果表明:布置在射流火焰外围的环流对火焰根部附近的浓度和速度分布有一定影响;双级贫预混火焰的二级预混环流能够通过减弱外界环境气氛对锋面前预混气的稀释作用而拓宽火焰的熄火边界;环流的预混当量比是影响火焰熄火边界的关键.与均一当量比的直管射流火焰相比,双级贫预混火焰能够在更低的当量比条件下稳定燃烧,对工业上控制NOx排放有着重要的意义.     

甲烷/空气在多孔介质小球填充床表面扩散燃烧的实验研究

对受限空间内甲烷/空气在多孔介质表面扩散燃烧特性进行实验研究.结果表明,随着多孔介质小球填充高度的增加,燃烧火焰的颜色、火焰高度、火环、及声音发生显著的变化,得出了甲烷在多孔介质表面燃烧的一些特性.     

超低热值多孔介质燃烧器积木型内芯结构的试验研究

基于一种具有热量回流的超低热值燃气多孔介质燃烧器,通过进行多孔介质块的积木式排列,构建了多种孔隙分布的多孔介质燃烧室结构.完成了在理论当量比和一定燃烧强度时,超低热值燃气在不同多孔介质积木型内芯结构中燃烧的温度变化和污染物排放测试.研究结果表明:与截面孔隙密度不变的多孔介质内芯相比,在孔隙密度沿流动方向逐渐降低的情况下,当外侧多孔介质孔隙密度比中心减小时,火焰温度和燃烧稳定性均降低,CO排放量增大;当外侧孔隙密度比中心增大时,火焰温度和稳定性升高,CO排放量减少.     

不同喷嘴直径对加热炉燃烧器燃烧过程的影响

选用FLUENT软件,利用数值模拟的方法对加热炉燃烧器内烟气速度分布和温度分布做了详细研究,并考察了不同喷嘴直径对燃烧过程的影响情况。研究结果表明,喷嘴直径越小,速度峰值越大,射流的影响区域越大。这加剧了燃料与空气的混合,加快了燃烧速率,使燃烧在较短的区域内完成,且燃烧的火焰逐渐变短、变窄。随着喷嘴直径的增大,出口未完全燃烧的燃料逐渐增多,燃烧损失的热量越多,燃烧效率有所降低。但同时,随着喷嘴直径的增大,火焰高温区增大,提高了辐射传热效率。     

往复式多孔介质燃烧器温度分布的试验研究

研究了往复式多孔介质燃烧器在热态试验条件下的温度分布，分析了当量比、空截面流速、
切换半周期对多孔介质中温度分布的影响，以及切换半周期对燃烧器出口温度的影响。随着系统周期性地
运行，多孔介质中的温度呈动态周期性变化。在当量比为0.3～1.4时，随着当量比的增大，多孔介质中的
温度先上升后下降。在切换周期和当量比一定时，随着空截面流速的增大，多孔介质中的温度随之升高；
在当量比和燃气质量流量保持不变时，随着切换半周期的增大，多孔介质中的温度先升高后降低，最后基
本保持不变，而燃烧器出口温度随切换半周期的增大而升高。与单个多孔介质燃烧相比，往复式多孔介质
中的温度整体分布较均匀。     

渐变型多孔介质中预混燃烧试验研究

提出了渐变型多孔介质（GVPM）中燃烧的设想，使多孔介质中流动及传热特性与燃烧规律相匹配，实现高效燃烧和低污染物排放的结合。对天然气在渐变孔径的多孔介质中预混燃烧进行了试验，得出了燃烧室温度分布和污染物排放结果，并与两种单孔径的均匀型多孔介质（HPM）中燃烧结果进行了对比。试验结果表明，渐变孔径的多孔介质燃烧器可以使燃烧室温度分布更加均匀，燃烧更加稳定，对于当量比的变化有更大的调节范围，CO和NOx等污染物排放更低。渐变型多孔介质结合了不同孔径的均匀型多孔介质的流动及传热特性，对燃烧室上下游热量分布进行合理调配，使得最高燃烧温度有所降低；由于孔径的变化，使火焰的稳定性增强。     

基于FLUENT对惰性多孔介质中湍流预混燃烧的模拟

采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型.通过用户自定义函数在FLUENT6.1的多孔介质模型中引入湍流和辐射的作用,对多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性进行了数值模拟.得到的多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了多孔区近壁面速度高而中心低的不合理速度场.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质辐射的结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的,该二维惰性多孔介质燃烧模型是合理的.     

工业级多孔介质低氮燃烧器试验研究

通过多孔介质燃烧器的燃烧试验研究低氮燃烧器的稳燃范围,探究在不同功率（50~100 kW）和当量比（0.6~1.0）下燃烧器的氮氧化物（NO_x）和一氧化碳（CO）的生成特性,探讨多孔介质直径对燃烧器燃烧产物的影响.结果表明,燃烧器稳燃上限和稳燃下限均随当量比的增大而增大,并且稳燃上限的增幅大于稳燃下限;天然气在多孔介质内燃烧时生成的氮氧化物主要为NO,其排放质量浓度随燃烧器功率和燃烧当量比的增大而增大.在试验工况范围内,氮氧化物排放质量浓度低于30 mg/m³,工业级多孔介质燃烧器具有低氮排放特性;CO排放质量浓度随当量比的增大先降低后升高,在当量比小于0.9时,CO排放质量浓度低于56 mg/m³;为了同时实现较低的NO_x和CO排放,燃烧器运行的当量比范围应控制在0.7~0.8.研究的2种多孔介质直径对燃烧器的NO_x和CO排放质量浓度没有明显影响.     

大加速度场对层流预混火焰影响的理论计算

建立了大加速度场中的层流预混火焰的一维模型,并应用改进的克莱法就加速度场对层流预混火焰传播速度及火焰面结构的影响以丙烷和空气的预混气为例进行了理论计算.通过分析计算结果,讨论了加速度对火焰传播速度、火焰面温度和密度分布及化学反应速率的影响及产生原因,为大加速度场中的燃烧试验提供了一定的理论指导.     

固定床鼓泡反应器的混合特性

以空气-水为模拟介质,选用5种不同粒径的氧化铝球形载体作为填充颗粒,采用电解质示踪法考察在低气液比和微鼓泡条件下,操作条件和填料直径对固定床鼓泡反应器内停留时间分布以及返混程度的影响.研究发现,在实验条件下,平均气泡直径随着填料直径的增大先增大后减小;返混程度随着表观液速的增大而减小,随着表观气速的增大而增大,液速对返混程度的影响比气速显著;返混程度随着填料直径的增大先减小后增大.通过对多组实验数据的回归分析,提出Pe准数与气液两相雷诺数及填料直径的经验关联式,公式预测值与实验值的相对偏差在±20%以内.     

初始温度和初始压力对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹试验系统,研究了不同初始温度、初始压力、甲醇裂解气添加比例和当量比对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧速度和火焰的胞状不稳定性的影响,并在相同工况下进行了甲烷-一氧化碳混合燃料的试验,用以探究一氧化碳在甲醇裂解气中的作用。研究结果表明,甲烷-甲醇裂解气混合燃料的层流燃烧速度随着温度和甲醇裂解气添加比例的升高而增大,随压力的升高而降低;提高初始压力对热扩散不稳定性几乎没有影响,主要是由于火焰厚度减少使流体动力学不稳定性增强,从而导致火焰的胞状不稳定性增强。     

放热条件下的燃油油雾燃烧过程混合特性研究

为了研究在燃油油雾扩散燃烧过程中炉内烟气混合特性对油雾气流着火及燃尽性能的影响,针对2 t/h卧式锅壳锅炉的结构特点,建立了炉膛散热条件下油雾燃烧的非预混燃烧模型,并分析了炉内烟气的速度及温度分布特性。研究结果表明:在油雾燃烧过程中因蒸发吸热使得炉膛入口气流初始阶段的温度变化较小,轴向气流着火点的位置不受入口风速的影响,即均在离出口约0.7 m处;回流区随着风速的增大而增大,降低了轴线方向主燃烧区域的空间,不利于油雾燃料在炉内燃尽;最大回流速度随入口风速的增大而不断增大,当入口风速为7 m/s时,既有利于强化初始阶段的回流效应,达到促使油雾气流预热着火的目的,也有利于主燃烧区燃料的充分燃烧。     

大加速度场对流预混火焰影响的理论计算

建立了大加速度场中的层流预混火焰的一维模型,并应用改进的克莱法就加速度场对层流预混火焰传播速度及火焰面结构的影响以丙烷和空气的预混气为例进行了理论计算通过分析计算讨论了加速度对火焰传播速度,火焰面和密度分布及化学反应速度的影响及产生原因,为大加速度 场中的燃烧试验提供了一定的理论指导。     

多孔介质微燃烧器预混燃烧的数值研究

开发了带有回热夹层的多孔介质微燃烧嚣,对其预混燃烧性能进行了数值模拟,研究了燃烧功率和过量空气系数对微燃烧器的出口尾气温度、燃烧效率、壁面温度和热损失率的影响.结果表明:在较宽的燃烧范围内,微燃烧器具有较高的燃烧效率和较低的热损失率,而且随着燃烧热功率和过量空气系数的增大,微燃烧器的外壁面温度和热损失率反而减小;多孔介质微燃烧器的最佳燃烧功率为200 w,最佳的过量空气系数范围为2.5相似文献