多孔介質(zhì)內(nèi)預(yù)混氣體燃燒的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究.pdf

1、多孔介質(zhì)內(nèi)氣體預(yù)混燃燒是一種新型的燃燒技術(shù)。通過氣固體間的熱交換可以實(shí)現(xiàn)超絕熱火焰溫度，極大地提高燃燒穩(wěn)定性，顯著地拓寬燃燒貧富燃極限，有效地控制污染物排放。研究多孔介質(zhì)燃燒機(jī)理和火焰特性，有助于設(shè)計(jì)開發(fā)多孔介質(zhì)燃燒器。本文通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合，對(duì)多孔介質(zhì)燃燒特性進(jìn)行了研究，并對(duì)多孔介質(zhì)燃燒的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 設(shè)計(jì)并搭建了多孔介質(zhì)燃燒器，對(duì)單層惰性堆積床中的丙烷/空氣預(yù)混氣燃燒進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了單層堆積床內(nèi)不同工

2、作條件對(duì)火焰結(jié)構(gòu)、燃燒穩(wěn)定性的影響；同時(shí)對(duì)非穩(wěn)態(tài)過程的燃燒波傳播進(jìn)行了簡單的觀測(cè)和分析。采用一維模型，考慮氣、固之間的對(duì)流換熱和氣相的彌散效應(yīng)，采用詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和雙通量輻射傳遞方程，對(duì)多孔介質(zhì)燃燒進(jìn)行數(shù)值模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，多孔介質(zhì)燃燒能夠?qū)崿F(xiàn)超絕熱火焰溫度，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋瑴p少污染物(CO，CO2)的排放。 對(duì)雙層多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的貧燃料燃燒進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究。分析了雙層多孔介質(zhì)燃燒的火焰結(jié)構(gòu)、火

3、焰穩(wěn)定性能、污染物排放及燃燒器出口對(duì)外輻射性能。結(jié)果表明，雙層多孔介質(zhì)燃燒器具有很寬的火焰穩(wěn)定范圍：通過控制火焰位置可以控制出口輻射輸出，而實(shí)現(xiàn)貧燃料低流速燃燒是提高表面輻射效率的有效途徑。 對(duì)雙層多孔介質(zhì)內(nèi)甲烷/空氣富燃料燃燒進(jìn)行了一維數(shù)值模擬。結(jié)果表明，多孔介質(zhì)內(nèi)的富燃料燃燒同樣可以實(shí)現(xiàn)超絕熱火焰溫度，燃燒產(chǎn)物中H2含量很高，驗(yàn)證了富燃制氫的可行性。H2的轉(zhuǎn)化效率強(qiáng)烈依賴于預(yù)混氣的當(dāng)量比，選擇合適的當(dāng)量比是提高轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵

4、。 利用商業(yè)軟件FLUENT6.2結(jié)合用戶自定義標(biāo)量和用戶自定義函數(shù)，采用二維穩(wěn)態(tài)模型和簡單化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，對(duì)堆積床內(nèi)丙烷/空氣預(yù)混燃燒進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，由于壁面粘性和壁面散熱的影響，多孔介質(zhì)燃燒的火焰結(jié)構(gòu)、密度分布和速度分布等都呈現(xiàn)明顯的二維結(jié)構(gòu)。所以在實(shí)際的燃燒器設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮壁面帶來的影響。 設(shè)計(jì)并搭建了帶回?zé)嵋粨Q熱裝置的多孔介質(zhì)燃燒器。實(shí)驗(yàn)研究了回?zé)釋?duì)燃燒溫度、貧燃料燃燒極限和污染物排放

5、的影響。結(jié)果表明，回?zé)嵝Ч梢杂行У靥岣呷紵郎囟?，并拓寬貧燃料極限，在來流預(yù)混氣速度等于42cm/s時(shí)，實(shí)現(xiàn)了丙烷/空氣當(dāng)量比為0.31的貧燃料燃燒。同時(shí)在燃燒器的整體熱效率在當(dāng)量比0.67時(shí)可以達(dá)到42％。 對(duì)小尺度的多孔介質(zhì)燃燒器進(jìn)行了研究。在小型燃燒室(內(nèi)徑2cm、長2cm的圓柱形腔體)組織多孔介質(zhì)燃燒，可以在較寬的當(dāng)量比范圍內(nèi)穩(wěn)定點(diǎn)燃和穩(wěn)定燃燒。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了溫度和壓力等參數(shù)；將燃燒室與漸縮噴管結(jié)構(gòu)相結(jié)合，獲得了穩(wěn)定的微推力