多孔介質(zhì)內(nèi)預混氣體燃燒的實驗和數(shù)值研究.pdf

1、多孔介質(zhì)內(nèi)氣體預混燃燒是一種新型的燃燒技術。通過氣固體間的熱交換可以實現(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)燃燒機理和火焰特性，有助于設計開發(fā)多孔介質(zhì)燃燒器。本文通過實驗測量和數(shù)值模擬相結合，對多孔介質(zhì)燃燒特性進行了研究，并對多孔介質(zhì)燃燒的應用進行了實驗研究。 設計并搭建了多孔介質(zhì)燃燒器，對單層惰性堆積床中的丙烷/空氣預混氣燃燒進行了實驗研究，分析了單層堆積床內(nèi)不同工

2、作條件對火焰結構、燃燒穩(wěn)定性的影響；同時對非穩(wěn)態(tài)過程的燃燒波傳播進行了簡單的觀測和分析。采用一維模型，考慮氣、固之間的對流換熱和氣相的彌散效應，采用詳細的化學反應機理和雙通量輻射傳遞方程，對多孔介質(zhì)燃燒進行數(shù)值模擬，并與實驗結果進行了對比。結果表明，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?，減少污染物(CO，CO2)的排放。 對雙層多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的貧燃料燃燒進行了實驗和數(shù)值研究。分析了雙層多孔介質(zhì)燃燒的火焰結構、火

3、焰穩(wěn)定性能、污染物排放及燃燒器出口對外輻射性能。結果表明，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。 對雙層多孔介質(zhì)內(nèi)甲烷/空氣富燃料燃燒進行了一維數(shù)值模擬。結果表明，多孔介質(zhì)內(nèi)的富燃料燃燒同樣可以實現(xiàn)超絕熱火焰溫度，燃燒產(chǎn)物中H2含量很高，驗證了富燃制氫的可行性。H2的轉(zhuǎn)化效率強烈依賴于預混氣的當量比，選擇合適的當量比是提高轉(zhuǎn)化效率的關鍵

4、。 利用商業(yè)軟件FLUENT6.2結合用戶自定義標量和用戶自定義函數(shù)，采用二維穩(wěn)態(tài)模型和簡單化學反應機理，對堆積床內(nèi)丙烷/空氣預混燃燒進行了數(shù)值模擬，并與實驗結果進行對比。結果表明，由于壁面粘性和壁面散熱的影響，多孔介質(zhì)燃燒的火焰結構、密度分布和速度分布等都呈現(xiàn)明顯的二維結構。所以在實際的燃燒器設計中應考慮壁面帶來的影響。 設計并搭建了帶回熱一換熱裝置的多孔介質(zhì)燃燒器。實驗研究了回熱對燃燒溫度、貧燃料燃燒極限和污染物排放

5、的影響。結果表明，回熱效果可以有效地提高燃燒溫度，并拓寬貧燃料極限，在來流預混氣速度等于42cm/s時，實現(xiàn)了丙烷/空氣當量比為0.31的貧燃料燃燒。同時在燃燒器的整體熱效率在當量比0.67時可以達到42％。 對小尺度的多孔介質(zhì)燃燒器進行了研究。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，可以在較寬的當量比范圍內(nèi)穩(wěn)定點燃和穩(wěn)定燃燒。實驗測量了溫度和壓力等參數(shù)；將燃燒室與漸縮噴管結構相結合，獲得了穩(wěn)定的微推力