開口管道煤塵-甲烷預(yù)混火焰動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、課題通過搭建煤塵-甲烷預(yù)混物燃燒火焰特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合高速攝像機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀和溫度傳感器等，測(cè)量得到不同條件下煤塵-甲烷預(yù)混燃燒火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)圖、傳播速度、溫度等火焰?zhèn)鞑ヌ卣鲄?shù)，并分析煤塵-甲烷預(yù)混燃燒火焰的傳播特性以及煤塵粒徑和甲烷濃度對(duì)混合物燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊憽５贸鲆韵陆Y(jié)論：
　?。?）煤塵-甲烷預(yù)混燃燒火焰?zhèn)鞑バ螒B(tài)以及燃燒強(qiáng)度與甲烷濃度以及煤塵粒徑密切相關(guān)。甲烷濃度為3.7％時(shí)，火焰前鋒呈離散不規(guī)則狀態(tài)，而當(dāng)甲烷濃度增大

2、為4.5%、6.7%時(shí)，火焰前鋒呈較規(guī)則的平面或拋物面；當(dāng)煤塵粒徑較小時(shí)，燃燒火焰前沿較為規(guī)則連續(xù)，且發(fā)出較為強(qiáng)烈的白光，表明燃燒較為劇烈，而隨著煤塵粒徑的增大，燃燒火焰前沿趨向于離散不規(guī)則狀態(tài)，發(fā)出紅黃色光，表明燃燒強(qiáng)度降低。
　　（2）在預(yù)混燃燒火焰?zhèn)鞑ミ^程中，甲烷燃燒火焰放熱和粒徑大小影響熱電偶溫度上升時(shí)間，但主要是甲烷濃度決定熱電偶溫度上升時(shí)間；煤塵粒子燃燒決定火焰溫度最大值。在煤塵粒徑較大（54-74μm）時(shí)，不同甲烷濃

3、度的溫度上升時(shí)間差別很大；煤塵粒徑減小時(shí)，甲烷濃度為3.7%和4.5%的溫度上升時(shí)間差別不大，但甲烷濃度為6.7%的溫度上升時(shí)間差別較大；6.7%的甲烷濃度的火焰溫度在預(yù)混物點(diǎn)燃很短的時(shí)間內(nèi)及開始上升。隨煤塵粒徑增大，由于煤塵粒子的反應(yīng)速率和釋放的能量都降低，火焰溫度整體隨煤塵粒徑增大而減小，但中間略有波動(dòng)。
　?。?）火焰?zhèn)鞑ニ俣仁怯杉淄楹兔悍酃餐瑳Q定的，其中甲烷對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊戇h(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤粉，而煤粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣入S粒徑的增大而

4、減小，因此，當(dāng)煤粉粒徑小于30-38.5μm時(shí)，甲烷濃度對(duì)預(yù)混火焰的傳播起主導(dǎo)作用，6.7%甲烷濃度的預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于3.7%和4.5%甲烷濃度；當(dāng)煤粉粒徑大于30-38.5μm時(shí)，煤粉粒徑開始影響預(yù)混火焰的傳播特性，導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档汀?br>　　同時(shí)，課題分別采用單步化學(xué)反應(yīng)模型（the single kinetic rate model）和擴(kuò)散-動(dòng)力控制燃燒模型（the kinetics/diffusion-limite

5、d rate model）重現(xiàn)煤塵-甲烷混合物的預(yù)混燃燒過程。通過分析燃燒管道中煤塵-甲烷混合物的預(yù)混燃燒的火焰圖像以及火焰溫度，并結(jié)合數(shù)值模擬方法，得出以下結(jié)論：
　?。?）由煤塵-甲烷預(yù)混燃燒的數(shù)值模擬結(jié)果表明，預(yù)混火焰的前鋒位置以甲烷燃燒為主，而對(duì)于煤塵粒子，小部分熱量在火焰前鋒內(nèi)釋放，但在火焰前鋒過后，煤塵粒子依然持續(xù)燃燒較長(zhǎng)的時(shí)間，并釋放出它的大部分熱量。
　?。?）根據(jù)煤塵-甲烷預(yù)混燃燒火焰鋒面處的溫度和化學(xué)反應(yīng)