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。     

多孔介质内往复流动下超绝热燃烧的实验研究

对RSCP的燃烧特性进行了实验研究．建成了RSCP实验台，它由泡沫陶瓷燃烧器、电磁阀控制的周期换向进排气管路系统和测量系统组成．对各种工况参数(燃料空气当量比、气体流速、循环半周期)下多孔介质内轴向温度分布进行了系统的测量．实验结果表明，较之常规的自由火焰燃烧器，RSCP具有增强火焰稳定性、拓宽燃料可燃极限等优点．对丙烷-丁烷混合气，其贫可燃极限可扩展到当量比0．065．在实验基础上，探讨了RSCP实现超绝热燃烧的机理，总结出有关工况参数对其燃烧特性影响的规律．     

两层多孔介质燃烧器的数值模拟

通过一维数值模拟研究了预混气体在两层多孔介质燃烧器内的燃烧特性,着重研究两层多孔介质燃烧器中的超绝热燃烧和火焰的稳定区域。结果表明,预混气体在两层多孔介质内可以发生一定程度的超绝热燃烧,贫燃极限可以扩展到0.45。两层多孔介质能够在较宽的流速范围内将火焰稳定在它的交界面上。数值预测的最小和最大火焰传播速度与实验取得了相同的趋势,其火焰传播速度至少是自由空间中的3倍。     

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>.     

内置多孔介质卷式反应器内甲烷富燃制氢的数值模拟

为了解甲烷在内置多孔介质卷式反应器内超绝热富燃制氢特性,采用计算流体力学与详细的化学反应机理相结合的方法,对甲烷在该反应器的富燃制氢过程进行了数值模拟,研究当量比和预混气体流速对燃烧区峰值温度、合成气组分和甲烷转化效率的影响,并和实验值进行对比。结果表明,多孔介质内甲烷的燃烧温度远超过其绝热火焰温度,实现了超绝热条件下富燃制氢;在研究范围内,甲烷-氢气的转化效率随当量比和气体流速的增大而增大,数值模拟结果与实验值基本吻合。     

渐变型多孔介质中预混燃烧温度分布试验

进行了预混天然气在等孔隙率渐近变孔径的多孔介质中的燃烧试验，用热电偶测量了燃烧室温度分布，并与单一孔径（d=1mm）的均匀多孔介质中燃烧结果进行了比较。结果表明，渐变型多孔介质燃烧器比均匀型多孔介质燃烧器具有更多的优点：燃烧室温度分布更加均匀，燃烧更加稳定，并能更好的适应当量比和流量／功率的变化，由于孔径的变化，多孔介质中气流扰动增加，有利于火焰的稳定，当量比和流速变化范围增大。     

多孔介质微小燃烧器的传热特性分析

采用计算流体力学软件Fluent,对H_2/空气预混气在全填充多孔介质平板微燃烧器内的燃烧过程进行数值模拟.研究了多孔介质导热系数、壁面导热系数、当量比、孔隙率对微燃烧器回热循环的影响规律.模拟结果表明:预热区对流回热效率、多孔介质导热效率与多孔介质导热系数呈正相关趋势;壁面导热系数增大会使预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升;预热区对流回热效率、壁面对流回热效率与当量比呈负相关趋势;多孔介质孔隙率是影响回热效率的重要因素,随着孔隙率的增大,预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升.     

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．     

微小Swiss-roll燃烧器的数值模拟

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,对二维Swiss-roll燃烧器进行数值模拟,采用了CH4/空气的多步反应机理,考虑了燃气对室壁的辐射,研究当量比和人口气流速度对燃烧特性和火焰稳定性的影响.研究结果表明,Swiss-roll燃烧器能够在大的当量比范围内稳定工作.但上下极限并不对称,富燃时的极限比较小,比化学当量比略小,而富氧的极限比较大.对于相同的当量比,流速较小时,甲烷/空气火焰停留在燃烧器中心区的入口,甲烷全部参加反应;随着气体流速的增加,在燃烧器的中心形成回流区,扩大了燃烧器的富氧可燃极限,有助于火焰稳定,但是甲烷的转化率在减小.     

多孔介质往复流动燃烧的一维数值模拟

建立了往复流动多孔介质燃烧器的一维数学模型：在该系统中，可燃预混气周期性换向，分别从两端流入燃烧器。假定气相与固相处于局部热平衡状态，考虑了辐射换热的影响。采用有限容积法求解，通过大量数值计算研究了主要工况参数，如半周期、流速、当量比、热损失、多孔介质衰减系数及其热容对该燃烧系统温度分布和反应特性的影响。计算结果与实验结果在定性上吻合良好。     

惰性多孔介质中预混燃烧的研究进展

预混气体在惰性多孔介质中的燃烧具有燃烧速度快、燃烧效率高、温度分布均匀、贫燃极限宽、节约能源、污染物排放低等优点。介绍了惰性多孔介质中预混气体单向流动燃烧和往复流动燃烧的原理和特点,详述了火焰传播与驻定的机理,以及火焰传播中的不稳定现象,分析了影响火焰传播的因素,讨论了数值模拟中的物理模型、控制方程、边界条件、反应机理和求解方法,回顾了预混气体多孔介质燃烧技术的应用情况,分析指出了有待进一步研究的问题。     

封闭矩形直管内的天然气/空气预混火焰传播

采用高速-纹影摄像和压力测试技术,对不同当量比的天然气/空气预混火焰结构、传播速度特性以及压力特性开展了实验研究.分析了预混火焰传播过程及Tulip火焰形成机理,并与同等条件下甲烷/空气预混燃烧过程进行了对比.结果表明,当量比对预混火焰传播有重要影响,直接表现在火焰结构变化、形状演化和传播速度等方面;Tulip火焰的形成伴随着火焰传播速度的骤降;二元可燃气体中加入活性较强的气体组分,将加快火焰传播速度,危险性更大.     

往复流多孔介质燃烧换热器热量提取的数值研究

通过一维双温模型,研究多孔介质中的燃烧特性和换热器的热量提取.预测的气体和固体温度曲线基本上为M型分布.数值结果表明,在往复流多孔介质燃烧器系统中,甲烷的贫可燃极限可以扩展到当量比0.15.当换热器的长度从6mm增大到14mm时,热效率由0.39增加到0.61.随着换热器长度和当量比的增大,热量提取效率增大.     

金属纤维燃烧器内沼气全预混燃烧数值模拟

为了研究沼气中CO_2含量、进气速度大小以及过量空气系数等对于沼气的全预混燃烧情况的影响,本文介绍了沼气全预混金属纤维燃烧器,建立了二维金属纤维燃烧器物理模型及数学模型。在Fluent中将金属纤维看作是多孔介质区,并模拟各工况的燃烧情况,然后对各种影响因素进行分析。结果表明,过量空气系数为1~1.25范围内沼气的预混燃烧CO、NO_x排放都较低;进口流速增大使得高温区扩大,燃烧温度上升,CO和NO_x减小趋势放缓;随着沼气中CO_2含量的增大,燃烧速率变小,火焰稳定性变低,沼气中CO_2含量接近50%时仍是可燃的。     

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。     

关于过滤燃烧非平衡性和火焰结构特性的研究

为研究预混气体在小球填充床中的过滤燃烧特性和火焰结构,建立了简化的二维多孔介质结构模型,考虑燃烧过程中存在气固对流换热及多孔介质固体辐射换热的影响,在获取了填充床中的火焰传播速度和温度分布特点后。采用化学反应速度表征孔隙间的火焰结构特性和传播速度,并通过实验加以验证,结果表明,过滤燃烧系统的反应区域存在着明显的非平衡性。在化学反应区域,气固温差非常大。同一小球内部的温度分布也不均衡。流速和当量比对火焰面结构的影响很大。随流速的增大,火焰锋面变得弯曲,抛物线形状变得非常明显。随当量比的增大,火焰面变得平整。