預(yù)混氣體在堆積床內(nèi)燃燒的數(shù)值研究.pdf

1、燃料的燃燒是人類獲取能源的主要途徑，減少燃燒過程中的污染物排放和提高燃料利用率是當(dāng)前燃燒領(lǐng)域兩大熱點課題，為此人們提出了各種不同的新型燃燒技術(shù)。近十幾年來，多孔介質(zhì)燃燒以其燃燒器體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、火焰穩(wěn)定性高、可燃極限低和污染物排放低等突出優(yōu)越性得到了廣泛的關(guān)注。本文對多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的燃燒、流動以及傳熱特性進行數(shù)值研究，旨在為多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)在國民經(jīng)濟中的高效利用提供理論指導(dǎo)。
　　本文以CFD商業(yè)軟件Fluent13.0為平臺

2、，以填充小球顆粒的圓柱軸對稱結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)燃燒器為研究對象，通過建立多孔介質(zhì)固體區(qū)，采用二維雙溫度模型模擬了甲烷/空氣預(yù)混氣體在堆積床內(nèi)預(yù)混合燃燒的燃燒過程，并與實驗對比驗證了模型的有效性。采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型及DO輻射模型對湍流流動及輻射傳熱進行處理，引入簡化的化學(xué)反應(yīng)機理，采用渦耗散概念有限速率化學(xué)反應(yīng)模型，使用耦合計算方法計算固相與氣相間的傳熱，對燃燒器軸線上的溫度、壓力分布規(guī)律及排放特性等進行了參數(shù)化研究，并通過單個小球從受熱

3、到冷卻全程的溫度分布云圖，研究了小球的傳熱與蓄熱特性，得到以下結(jié)論:
　　在一定條件下燃燒波能夠在堆積床內(nèi)穩(wěn)定傳播;火焰面隨著燃燒的進行不斷變寬，而燃燒區(qū)的最高溫度幾乎不隨時間變化;多孔介質(zhì)的氣固溫度場都呈現(xiàn)明顯的二維拋物線特性，壁面溫度值比中心值低，與氣體溫度相比固體溫度變化相對平緩;由于受到微小孔隙流道的影響，燃燒器軸線方向有較大的壓力損失，且壓力分布受小球直徑影響較大;單個小球內(nèi)部溫度場分布與整個火焰面的拋物線型具有一致性，

4、溫度相對氣體溫度有一定的延遲顯示了其良好的蓄熱特性。
　　相對于傳統(tǒng)的宏觀模型，本文以含有小球固體區(qū)的微觀燃燒器模型進行了直接數(shù)值模擬，能夠更合理的預(yù)測燃燒器的最高溫度、火焰面寬度以及溫度分布。在此模型基礎(chǔ)上，討論了當(dāng)量比、入口速度、小球直徑以及小球排列方式對多孔介質(zhì)預(yù)混合燃燒特性的影響，結(jié)果表明:
　　與小球順序排列結(jié)構(gòu)相比，叉排多孔介質(zhì)燃燒器的燃燒區(qū)最高溫度更高，且最高溫度受小球直徑影響很小;隨當(dāng)量比增加，燃燒波的傳播速