微环形多孔介质燃烧器的数值研究

MEMS微型机电系统是当今研究的热点课题。但对微尺度燃烧的研究仍不够深入。本文提出微环形多孔介质回热夹层结构燃烧器来强化燃烧,采用氢气和空气的预混气体作为燃料,数值分析微燃烧器60W、80W、100W、120W、140W五种功率不同过量空气系数的工况。得到微燃烧器的燃烧效率,各种状态参数随功率和过量空气系数变化的情况,验证了多孔介质回热夹层的回热作用,为今后进一步优化微燃烧器结构,提高燃烧效率提供了科学依据。     

内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的启动和贫燃特性

在常规尺度Swiss-roll燃烧器的中心区填充多孔介质,并对其进行实验研究.通过监测燃烧器的温度和燃烧产物的变化,分析了燃烧器在不同条件下的点火启动过程特性,并得到了燃烧器的贫燃极限.结果表明:相比于在入口处点火,在中心区点火启动时达到充分燃烧的时间更短,多孔介质的温度分布更均匀;多孔介质材料性质和预混气流量对启动特性影响很大;在中心区温度为950～1200K时,可处理1.3%的天然气/空气预混气.说明该燃烧器能显著拓展燃料的贫燃极限,对低热值气体具有良好的适用性.     

多孔介质催化燃烧特性的数值分析

采用Deutschman甲烷/空气/铂氧化表面反应机理,气相反应采用GRI3.0机理,基于体积平均的双温度模型,对Pt催化的甲烷/空气在多孔介质燃烧器内的预混燃烧进行一维数值模拟,并与惰性多孔介质内预混燃烧结果进行比较.数值研究结果表明,有催化时,多孔介质内火焰面前移,且随着进口质量流率增大,火焰面前移更明显.催化使得多孔介质内温度分布更均匀,反应区内的最高温度亦低于惰性多孔介质过滤燃烧的最高值.催化剂的引入还可缩小燃烧器尺寸,有效降低污染物的排放.     

多孔介质钝体火焰稳定特性实验研究

提出采用多孔介质材料制作火焰稳定器,利用其通透和弥散性能改善钝体后燃空比,降低钝体引起的压力损失,提高火焰稳定性.通过实心钝体、10和40PPI(pores per inch)多孔介质钝体火焰稳定特性和冷态尾迹测量对比实验发现:多孔介质火焰稳定器可获得更宽的火焰稳定范围;相同燃料和空气伴流条件下,多孔介质钝体后火焰刚性更强,燃烧更充分;实心钝体回流区较靠近钝体,回流区强度较强;多孔介质钝体回流区向下游发展,回流区强度较弱,但空气燃料混合更好.因此多孔介质稳定器关键是要确定合适的孔径,使火焰更稳定燃烧.     

微型热光电系统中分层多孔介质燃烧特性

采用多孔介质燃烧技术的微型燃烧器能明显改善燃烧过程,影响多孔介质燃烧的因素主要体现在孔隙率的变化上。通过试验分析了微型燃烧器内多孔介质燃烧的燃烧状态,探讨了分层多孔介质对微型燃烧器外壁面温度的影响,为微型燃烧器内部填充变孔隙率的多孔介质的应用提供了试验支持。     

多孔介质反应器的数值模拟

利用专业的多物理场耦合软件(COSMOL Multiphysics)对多孔介质反应器模型内的不可压缩流场进行了仿真模拟,计算过程中采用软件中的自由和多孔介质流动和稀物质的传递内置模块,得到了多孔介质反应器内中各组分的浓度场﹑速度场及压力场分布。该模型验证了自由和多孔介质流体在固定床反应器中的耦合。利用后处理软件对计算结果进行分析,为其后期的工业开发提供了理论依据。     

多孔陶瓷板燃气燃烧器氮氧化物的排放特性

探讨了多孔陶瓷板燃气预混燃烧过程中氮氧化物的生成机理,分析了该燃烧过程中氮氧化物排放量低的原因。在所得到的孔内混合气体温度场的基础上,运用数值计算方法了该燃烧过程中氮氧化物的生成量。同时,利用试验手段得到了多孔陶瓷板燃气燃烧器的氮氧化物的排放量,并与数值计算的结果进行了比较。     

微型热光电系统多孔介质燃烧器的数学模拟

针对微型热光电（TPV）系统多孔介质燃烧器进行了数学模拟，探讨了有关多孔介质的质量守恒方程、动量方程、能量方程、组分方程和状态方程等基本控制方程，由数值计算得到了多孔介质燃烧器壁面的温度分布，并与实验数据进行比较。     

刚性多孔介质回水过程传质特性的研究

回水现象是物料干燥的逆过程，本文综合应用对流传热体质理论、热质扩散理论及吸附与凝聚理论，对刚性多孔介质的回水机理进行了分析，建立了回水现象的数学模型，获得了回水传质过程的理论解，进而得到了刚性多孔介质回水过程的３个阶段和４个主要影响因素。     

多孔介质内高浓度过氧化氢催化分解的数值模拟

利用流体力学与化学动力学相结合的方法,探索高浓度过氧化氢在多孔介质(银网或复合离子催化剂)内的分解反应机理.采用Fluent流体仿真软件模拟过氧化氢在使用银网作为催化剂的催化床内的分解反应,分析过氧化氢的分解温度场分布及反应物和产物的组分分布等,讨论不同尺寸、质量流量和壁面条件对温度场和组分分布的影响.结果表明:数值仿真能够较真实地反应过氧化氢的催化分解过程,可为进一步的试验提供可靠的理论依据.     

回热型燃烧辐射器性能实验研究

利用多孔介质高热容和良好的导热特性,设计了带回热侧面辐射式SiC多孔介质燃烧辐射器,研究当量比、功率对燃烧辐射器的热负荷、燃烧稳定范围、表面温度均匀性和辐射效率的影响.研究结果表明:当量比一定时,提高燃烧功率可增大燃烧器表面温度和降低表面温度梯度;功率一定时,存在最佳当量比使得辐射器表面温度梯度最低.回热器可以提高辐射器表面温度均匀性和辐射效率;当量比与功率对多孔介质燃烧器辐射效率都有较大影响.小功率时,功率增大导致辐射效率增加明显.燃烧辐射器功率一定时,存在一个最佳当量比使得辐射效率最佳.本实验研究的燃烧辐射器无回热功率为7.0kW,当量比为0.75时辐射效率最高达34.7%;回热后最佳当量比降低到0.54,其对应的辐射效率提高到36.9%.     

隧道高性能多孔水泥混凝土孔隙率特性的试验研究

孔隙率是隧道路面多孔水泥混凝土的重要技术指标之一,保证多孔混凝土试件成型后或路面铺筑后的实测孔隙率与目标孔隙率基本一致,同时保证其具有足够大小的有效孔隙率,是高性能多孔混凝土隧道路面配合比设计的关键。依据隧道路面的功能要求,文章选定目标孔隙率为18%。级配对混凝土强度影响非常明显,随着10～15mm集料比例的增加,强度先增大后减小。当采用玄武岩等吸水率偏大的集料制备多孔水泥混凝土时,在有效孔隙率计算中应考虑集料吸水的影响。矿料级配对孔隙率的影响规律为:随着10～15mm集料比例的增大,计算孔隙率变化幅度很小,且与目标孔隙率(18%)接近;有效孔隙率呈增大的趋势,实测孔隙率先减小后增大;级配2#-2实测孔隙率最小且与目标孔隙率最接近。依据孔隙率及强度试验结果,选取级配2#-2为最佳级配。     

多孔介质双分子反应溶质运移实验与模拟研究

多孔介质中化学作用对溶质运移具有重要影响.为了揭示反应性溶质运移机理,保持多孔介质不变,以胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠双分子化学反应为例,分别开展了非反应及反应条件下不同流速溶质运移实验和数值模拟研究.主要结论如下:①改进的反应性对流弥散模型能模拟双分子反应中溶质运移行为;模型可行,具有较高的精度;0.4mL/s和0.8mL/s流速下生成物峰值浓度相对误差分别为1.2%及0.8%.②利用对流弥散模型可以评估非反应物运移弥散系数,可为反应性溶质运移弥散系数识别提供技术参考.③随流量增大,模型参数m减小,而β0则增大;此外,同一物质在保持相同流量下,作为反应物出现时,其弥散系数略高于非反应物质的弥散系数,其作用机理有待进一步研究.     

微细直管内甲烷/氧气燃烧的实验和数值模拟

为了解微小燃烧室的工作特点,建立了微细直管的实验系统,采用氧气和甲烷气体进行了2种混合比的燃烧实验,实时采集壁面的温度分布。同时考虑微细直管内的燃烧、流动,以及与外界的换热,采用三维数值模拟方法对该微细直管燃烧室进行了数值计算,数值模拟结果与实验结果比较一致。研究结果表明:微细直管的内径较小,充分燃烧需要很长的微细直管;微细直管与外界的换热量很大,占总燃烧放热的40%左右,其中辐射换热量最大,占总换热量的70%,燃烧室需要采用低发射率的材料来减小辐射散热损失。     

微细直管内甲烷/氧气燃烧的实验和数值模拟

为了解微小燃烧室的工作特点,建立了微细直管的实验系统,采用氧气和甲烷气体进行了2个混合比的燃烧实验,实时采集壁面的温度分布。同时考虑微细直管内的燃烧、流动,以及与外界的换热,采用三维数值模拟方法对该微细直管燃烧室进行了数值计算,数值模拟结果与实验结果比较一致。研究结果表明,微细直管的内径较小,充分燃烧需要很长的微细直管;微细直管与外界的换热量很大,占总燃烧放热的40%左右,其中辐射换热量最大,占总换热量的70%,燃烧室需要采用低发射率的材料来减小辐射散热损失。     

新型多段式自预热燃烧器设计与数值模拟

设计一种新型的多段式自预热燃烧器,其技术特点是:内部包含高温烟气回流通道,利用高温烟气预热空气与燃料,并在燃烧室内形成强烈的逆流对流换热.使用计算流体力学(CFD)方法对燃烧器内温度场、燃烧室内速度场和温度场进行模拟,计算烟气卷吸率,并对燃烬率进行比较.研究结果表明:使用该燃烧器空气预热效果较好,烟气卷吸率达到6以上,满足高温空气燃烧所需要的前提条件,比使用传统燃烧器燃烧更稳定、充分.     

多孔混凝土综合生态效应的试验研究

通过模拟实际封闭水域的室内水质净化装置,研究了水体生物与多孔混凝土的生态适应性以及形成的综合生态效应对水质的净化效果.多孔混凝土综合生态效应的水质净化效果可通过总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)和悬浮固体浓度(SS)的去除量进行评价.试验表明:附着生长在多孔混凝土上的黄花水龙、杂藻、螺蛳以及微生物形成一个完整的微生态系统,6周后可使水体中TP的去除率均达到95%,TN的去除率达72.5%,CODMn去除率达到75%.提出了多孔混凝土水质净化的机理,即多孔混凝土作的多孔结构为水体中的生物提供了附着生长的空间,为水体生物多样性的增加,生态系统的完善提供了一个基础平台,其形成的生态系统具有良好水质净化效果.     

植生型多孔混凝土性能的试验

研究植生型多孔混凝土的基本物理力学性能,分析了影响其物理力学性能的主要因素以及相应的影响规律．试验结果表明：胶结材的流动度控制在180—210mm之间,可获得良好工作性的植生型多孔混凝土;植生型多孔混凝土具有连续空隙结构、良好的透水透气性能,其透水性系数在1．5-3．0cm／s之间,与其空隙率有关;与植生型多孔混凝土的空隙率(20％-30％)相对应的抗压强度在8-28MPa之间．随着空隙率的增大,植生型多孔混凝土内部越易形成连续空隙结构;相同设计空隙率下,集料粒径越大,多孔混凝土中的有效空隙率越大．掺入矿物外加剂不仅可以调整多孔混凝土混合料的工作性,而且能改善多孔混凝土的物理力学性能,同时能降低多孔混凝土中的pH值,掺入硅粉、矿渣微粉或矿渣微粉与粉煤灰复合掺入的效果显著。     

液滴撞击固体表面过程的实验研究

对液滴撞击固体表面的过程进行实验研究,考察液滴的物性和操作条件对撞击过程的影响,结果表明：随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的增大、或撞击速度的减小,液滴的铺展直径、铺展速度和铺展面积均减小;液滴的能量在黏性中的耗散主要发生在撞击的初始阶段,随着液滴黏度的增加、或表面张力系数的减小、或撞击速度的增大,黏性耗散的速率均增加。本文得到的关于液滴雷诺数和韦伯数的关联式可用于预测液滴的最大铺展直径和最大铺展面积。     

低压空气雾化烧嘴雾化细度的实验研究

探讨了低压空气雾化烧嘴的雾化机理，分析了影响雾化细度的主要因素，建立了该类烧嘴气体雾化的准则方程．以三种尺寸各异的喷头，在不同的一、二次风配比下进行了实验研究，获得了影响低压空气雾化烧嘴雾化细度的主要因素及其实验关系式