钝体阶梯扩管型微燃烧器内氢气-空气燃烧特性及协同性分析

为提高微燃烧器燃烧稳定性和燃烧效率,基于钝体直管和钝体阶梯扩管燃烧器进行微尺度燃烧数值模拟分析研究。研究结果表明:在钝体微燃烧器中加入阶梯扩管结构有助于促进火焰传播和扩大火焰稳定燃烧极限,而且两者的吹熄极限均随当量比(即完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比)的增大而增大;燃烧器的燃烧效率均随当量比和入口混合气速度的增大而降低,而且钝体直管型燃烧器的燃烧效率要比扩管型燃烧器低;散热损失比均随当量比增大呈先增大后降低,随入口速度增大而降低;钝体直管燃烧器协同数高于钝体阶梯扩管,两者的协同数都随入口的混合气速度增大先增大后降低再增大。     

气流入口条件对低旋流燃烧火焰稳定性的影响

为了研究低旋流燃烧器在喷嘴出口气流平均速度为10.12~19.12m/s、入口温度为300~500K、入口压力为101.325~8×101.325kPa条件下的火焰稳定性,对当量比为0.7的甲烷空气预混气体进行了数值模拟,分析了低旋流燃烧器的流场结构及火焰特性,揭示了燃烧稳定的根本原因。结果表明:低旋流燃烧器流场结构受气流入口条件的影响较小,且能够保持自相似特性;轴向和径向速度延伸率以及虚拟原点的位置基本不受气流入口条件的影响;低旋流燃烧器流场随喷嘴出口气流平均速度、入口压力的增加,回火的可能性减小,随入口温度的提高,回火的可能性增大。综合而言,低旋流燃烧器能够在较宽气流入口条件下保持火焰锋面稳定,有利于燃烧器的稳定工作。     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数和主回流区长度的影响 .采用标准k ε双方程湍流模型 ,对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟 ,计算结果表明 ,侧壁射流位置越靠近入口 ,主回流区长度越短 ,最大压力系数位置前移 ,其数值增大 ,局部表面传热系数也增大 .根据计算结果 ,拟合出了侧壁射流速度值与突扩通道入口平均流速之比等于 2 .0时 ,主回流区长度与侧壁射流位置的关系式 .     

小尺度射流扩散火焰结构的实验研究

以液体乙醇为燃料,采用内径为1.0mm的陶瓷管作为燃烧器,并通过在陶瓷管外放置内径为8.8mm的透明玻璃管形成受限空间,进行了受限射流扩散燃烧与自由射流扩散燃烧的对比实验研究,并对稳定燃烧情况下的火焰结构进行了光学可视化测量.结果表明:自由射流扩散火焰呈椭球状,受限射流扩散火焰呈圆锥状;在相同的乙醇流量下,受限射流扩散...     

蓄热式燃烧器内等温射流流场分析

为了解高温空气燃烧机理,建立计算机仿真模型,通过试验对仿真模型的有效性进行验证后进行蓄热式燃烧器内等温射流流场分析。结果表明,空气入口高速射流是产生回流卷吸和实现高温空气燃烧的主要因素,可采用一次燃料消耗空气中大部分氧气实现低氧燃烧来降低NOx产量,二次燃料入口距离与空气入口存在最优距离且其入射角度不宜过大,仿真计算结果与实验结果一致,验证了模型可靠性。研究成果对蓄热式燃烧器设计具有指导意义,也为热态射流流场分析奠定了基础。     

焙烧炉新型燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种用于焙烧炉的新型燃烧器的燃烧过程建立了二维旋转轴数值计算模型,采用数值模拟的方法研究了燃气入口速度和喷口与喉部直径比对其燃烧特性的影响.结果表明,燃烧室内最高温度随燃气入口速度增大而升高.当燃气入口速度一定时,随喷口与喉部直径比的增大,火焰形状由梨状变为燕尾状,燃烧室内最高温度先降后升.火焰长度随燃气入口速度的增大而增长,随喷口与喉部直径比的增大而缩短.     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型，对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟，计算结果表明，侧壁射流位置越靠近入口，主回流区长度越短，最大压力系数位置前移，其数值增大，局部表面传热系数也增大．根据计算结果，拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时，主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

固体氧化物燃料电池尾气在多孔介质中的燃烧特性

通过配置不同组分和温度的混合气体来模拟固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极和阳极尾气,并通过搭建双层多孔介质燃烧器实验台来研究SOFC模拟尾气的燃烧特性。结果表明：设计的多孔介质燃烧器可实现SOFC过渡和稳定阶段阳极尾气的稳定燃烧,但启动阶段的阳极尾气容易发生回火,燃烧器内烟气温度随SOFC工作阶段变化不大;阳极尾气中可燃组分的减少和惰性组分的增加都将使火焰面向燃烧器的下游移动并降低稳定燃烧温度,减小入口气流速度会使稳定燃烧温度先升后降,火焰面向燃烧器的上游移动;在无背压工况下,燃烧器的稳定燃烧极限随电堆燃料利用率的增加而减小。     

直流燃烧器参数对氧煤燃烧特性的影响

以Φ200 mm×2 m的火焰炉为对象,借助软件FLUENT研究了在O_2/CO_2气氛下燃烧器射流动量比和射流间距的改变对炉内流场特性和燃烧特性的影响.结果表明:当射流动量比由28增至66时,烟气内循环率峰值呈现先增大后减小的趋势,混合区烟气内循环率的整体水平是在射流动量比为48时最大;随着射流间距的增大,Oxz轴面回流区向下游偏移,且氧气质量分数高于10%的区域逐渐缩小,燃烧峰值有所降低,当射流间距增至75mm时,Oxz轴面回流区的范围明显缩小,反应区氧气体积分数回升,使得燃烧峰值升高.同轴射流方式下的燃烧峰值最高,约2 200K,仅当射流间距为60mm工况下的炉膛燃烧最大温升小于煤粉的着火温度(790 K),即可实现氧煤MILD(moderate or intensive low oxygen dilution,温和)燃烧.     

火焰清理工艺中平行多孔射流非预混燃烧的研究

建立了远程控制燃烧试验台,研究了天然气和氧气的非预混燃烧过程,利用间接测温法分析了多孔射流燃烧火焰的温度分布规律.利用Realizable k-ε湍流模型研究平行多孔射流的流场特性,采用平衡化学反应模型研究射流的非预混燃烧过程,数值计算得出的火焰结果与试验数据吻合较好.结果表明:多孔射流的卷吸与合并能够加快气体的混合与燃烧;平行分布的45股射流在喷嘴出口附近趋于形成双孔合并,随着流动发展会发生再合并,最终表现为3股强射流火焰形态.     

火焰预热塞汽化腔内柴油流动汽化特性研究

基于预热塞汽化腔内的燃油流动汽化特性及火焰稳定性对重型柴油机的冷起动特性的影响,设计加工了石英预热塞对柴油流动汽化过程进行可视化研究,同时采用流体体积（VOF）模型和流固耦合模型对不同流量的柴油在汽化腔内的流动和汽化过程进行数值模拟.结果表明：柴油泵入火焰预热塞后呈扇形扩散并在边缘开始发生汽化,进而出现大量气泡;柴油流量增大加速油液扩散,更早地接触到加热棒的发热区域并发生汽化,但也会带走更多热量并缩短与高温壁面作用的时间,导致汽化能力减弱,使稳态下汽化腔内和出口位置的柴油蒸汽体积分数减小;较大流量的柴油也会使加热棒温度上升放缓甚至出现下降的趋势,不利于后续泵入柴油的汽化.因此需要合理控制火焰预热塞内的柴油流量以保证汽化特性,进而保证良好的火焰特性及进气预热效果.     

炉膛煤粉空气射流的火焰稳定性分析

本文结合锅炉炉膛煤粉空气射流的流场特征,分析煤粉气流的预热、着火及燃烧过程,提出以炽热燃烧的回流区为研究对象的分析煤粉射流气流火焰稳定的集总分析模型,并用它分析了几种典型的炉膛煤粉射流流场.结果表明,对于任何给定特征尺度的回流区只要满足一定的温度、煤粉浓度及射流速度等条件,就能实现对射流火焰的稳定.     

新型等离子体点火燃烧筒研究

以装有150kW等离子体发生器的某等离子体点火试验燃烧器为例,应用数值模拟的方法对等离子体点火燃烧器的稳燃性能进行了研究,并提出了一种新型的径向/切向进风等离子体点火燃烧筒.研究结果表明,一次风速(风粉气流流速)、等离子体气流的穿透区域和煤粉浓度等是影响等离子体点火过程及煤粉着火燃烧的主要因素.径向/切向进风可以在燃烧筒内形成多向回流和旋流,使得风粉气流在燃烧筒内不仅有轴向速度,而且还有径向和切向速度,改变了轴向进风气流运动的单一性,增加了煤粉气流在筒内的停留时间,着火区域扩大,火焰充满度好,有利于燃烧筒内的稳燃.     

火焰长度可调式燃烧器的数值模拟

对一种火焰长度可调式燃烧器的燃烧过程建立了数学物理模型,以Fluent63为平台,采用数值模拟的方法研究了热负荷及中心燃料流量与燃料总流量之比β对燃烧室内温度分布和火焰长度的影响.结果表明:改变外围燃气与中心燃气之间的流量比,能够在热负荷不变条件下,实现对燃烧室内温度场和火焰长度的调整.在同一热负荷条件下,燃烧室内的温度场和最高温度都依β而变.随β的增大,燃烧室内的前部高温区逐渐缩小,后部高温区逐渐增大并前移.当β小于05时,火焰长度随β的增大而缩短,而当β大于05时,火焰长度随β的增大而增长,β等于05时,火焰长度最短.     

固体火箭冲压发动机一体化燃烧特性数值分析

为研究固体火箭冲压发动机性能,采用计算流体力学方法对包含进气道及补燃室的一体化燃烧流场进行数值分析,研究可燃燃气进口条件、飞行攻角以及进气道与补燃室过渡连接方案对补燃室掺混燃烧的影响。研究结果表明：燃气流量为0.08Kg/s时,燃气射流出现偏移,补燃室两侧壁面温度相差较大,燃气流量为0.3Kg/s时,燃气偏移现象基本消失;随着燃气流量增大,发动机推力增加;攻角增大使得进气道流量系数增大,强化空气与燃气混合燃烧效果,并最终提升发动机推力。进气道与补燃室的过渡连接方式影响进气角度,本课题通过改变过渡连接方式将进气角度从50°增加至90°后,燃气流量为0.3Kg/s时,发动机推力提高10%,但会导致补燃室总压损失增大,发动机比冲降低2%。     

燃气流量低频脉动下的火焰结构特征

针对一种可降低天然气高温燃烧过程中NOx生成量的脉动供燃料燃烧技术,研究了一个采用燃气流量脉动燃烧方式的射流扩散火焰。采用纹影和直接摄像手段观察了在燃气流量低频率(10Hz以下)脉动工况下的火焰特征及其变化,分析了火焰长度脉动特征和火焰内部结构的周期发展过程。研究发现:火焰内部结构的周期发展过程包括高速(波峰流量)燃气脉冲冲出、增长、燃气惯性冲出、回吸、低速(波谷流量)和高速燃气脉冲的分离、低速脉冲的增长等阶段。其中低速和高速燃气脉冲的分离是单火焰燃烧不稳定的原因。     

多孔式喷嘴加湿旋流扩散燃烧流场的实验研究

利用激光粒子图像速度场测量技术对环型多孔式喷嘴的加湿与不加湿旋流扩散燃烧流场进行了实验研究,分析了湿度对旋流扩散燃烧流场的影响.结果表明,随着燃烧流场湿度增大,火焰明显变暗,火焰宽度和高度增大,回流区漩涡与燃烧器出口和喷嘴轴线间的距离减小,轴线上最大回流速度降低,轴线最大回流速度点与喷嘴的距离增加,逆流区宽度和喷嘴旋转射流扩展角减小,流场轴向出口的不均匀系数增大.     

化学气体灭火剂作用下甲烷射流火焰行为

在传统的消防救援中,针对天然气管道泄漏火灾往往采取细水雾等外部灭火的方式,但由于天然气管道泄漏所引发射流火的火焰高度高、热辐射量大,通过具有优异扩散和灭火性能的化学灭火气体以内部抑制燃烧的方式具有较大的研究价值。本文以甲烷射流火焰模拟天然气管道泄露火灾,研究了五氟乙烷对不同管径、不同流速甲烷射流火焰的抑制作用,并以哈龙1301作为对照组实验,解析了五氟乙烷加入后甲烷射流火的火焰形态、火焰高度、火焰温度的变 化特征,以探究五氟乙烷对天然气管道泄漏引起的射流火焰的抑制效应。研究表明：在一定范围内,燃气流量越大,发生甲烷射流火吹熄所需要的灭火剂浓度就越少;在五氟乙烷作用下,甲烷射流火焰熄灭前高度大于未通入灭火剂的火焰高度。在相同口径下,燃料的流量越大 ,所需的气体灭火剂浓度越少。该研究结果揭示了甲烷射流火焰在五氟乙烷作用下的变化趋势,为选择作用于射流火焰的高效清洁化学灭火气体提供了研究基础。     

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.     

RLPG再生喷射燃烧过程的全模拟

利用建立的再生式液体药火炮（ＲＬＰＧ）中再生喷射燃烧过程的多维多相流数学模型，以３７ｍｍＲＬＰＧ为对象，对其再生喷射燃烧过程进行了全模拟，揭示了过程中各物理量的时空分布特征。结果表明：（１）整个液体喷射过程期间，燃烧人存在连续的液注形态。液体药的燃烧主要发生在燃烧室和身管入口区区域。（２）身管入口节流对燃气流速加压力的时空分布产生重要影响。身管中段的燃气流速和压力沿轴向成线性分布。（３）燃烧室和身