多孔介质催化燃烧特性的数值分析

采用Deutschman甲烷/空气/铂氧化表面反应机理,气相反应采用GRI3.0机理,基于体积平均的双温度模型,对Pt催化的甲烷/空气在多孔介质燃烧器内的预混燃烧进行一维数值模拟,并与惰性多孔介质内预混燃烧结果进行比较.数值研究结果表明,有催化时,多孔介质内火焰面前移,且随着进口质量流率增大,火焰面前移更明显.催化使得多孔介质内温度分布更均匀,反应区内的最高温度亦低于惰性多孔介质过滤燃烧的最高值.催化剂的引入还可缩小燃烧器尺寸,有效降低污染物的排放.     

随机堆积床内甲烷/空气预混燃烧过程的数值模拟

通过离散元软件LIGGGHTS重现球体的重力堆积过程,建立三维随机堆积床几何模型.利用大涡方法结合双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内预混合燃烧过程.通过将模拟结果与实验数据对比验证了模型的有效性,在此基础上对随机堆积床内部的火焰分布结构、火焰面形状及温度分布规律等进行了分析.模拟结果表明:在燃烧后期,堆积床内的小球温度要高于同一高度上气体的温度,这体现了多孔介质良好的蓄热能力;壁面与轴线间的火焰面高度差远远小于无多孔介质的管内燃烧情况,表明随机堆积床可以通过分割火焰来提高燃烧的均匀性和稳定性.     

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.     

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。     

预混气体在多孔介质中燃烧火焰面倾斜的演变

为研究多孔介质中火焰面倾斜演变及出现倾斜演变的原因,建立了二维碳化硅堆积小球的多孔介质燃烧器双温模型,对预混气体在燃烧器内的流动、传热和燃烧进行模拟.分析火焰面倾斜演变,并从温度场、气体流速场、压力场三个方面对火焰面出现倾斜演变现象进行分析.结果表明:给定初始倾斜角的火焰面会持续发展,出现更严重的倾斜现象;温度场、气体流速场、动压场通过影响燃烧化学反应速度、气体流动方向、壁面散热等间接影响火焰面的倾斜演变,导致火焰面倾斜的持续发展.     

内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的启动和贫燃特性

在常规尺度Swiss-roll燃烧器的中心区填充多孔介质,并对其进行实验研究.通过监测燃烧器的温度和燃烧产物的变化,分析了燃烧器在不同条件下的点火启动过程特性,并得到了燃烧器的贫燃极限.结果表明:相比于在入口处点火,在中心区点火启动时达到充分燃烧的时间更短,多孔介质的温度分布更均匀;多孔介质材料性质和预混气流量对启动特性影响很大;在中心区温度为950～1200K时,可处理1.3%的天然气/空气预混气.说明该燃烧器能显著拓展燃料的贫燃极限,对低热值气体具有良好的适用性.     

预混合燃烧系统中多孔介质作用数值研究

根据气固两相局部非热平衡假设,建立了混合气在惰性多孔介质中预混合燃烧的一维数学模型,研究了不同情况下甲烷-空气的预混合气在多孔介质中燃烧时的温度分布和燃烧速率,并与自由空间中相应的值进行比较．结果表明,多孔介质的存在可以扩展混合气的燃烧极限,明显改善了燃烧室的换热性能,强化了对新鲜混合气的预热,降低了热量损失;在多孔介质中混合气的燃烧温度和燃烧室的温度明显升高,反应区厚度和燃烧速率显著增大．数值结果与其他研究者的实验结果是一致的．     

基于文丘里的预混气体多孔介质燃烧特性

多孔介质燃烧因其燃烧稳定性好而具有广泛的应用前景。结合工业预混领域应用广泛的文丘里混合器,采用预混不均匀度（SMD）对经文丘里混合的CH4/air预混气体的非均匀性进行评估。在入口速度为0.8 m/s,过量空气系数1.4条件下,研究了预混不均匀度SMD对多孔介质燃烧稳定性的影响。结果表明： SMD小于2.5%对多孔介质燃烧火焰的稳定性影响较小;随着SMD的增大,燃烧高温区域面积进一步变大,最高温度随着SMD的增加呈线性增加;稳燃范围随着SMD的增大逐渐减小。     

简单立方堆积床内火焰特性的试验研究

多孔介质燃烧具有效率高和稳定性好等特点，提出一种简单立方堆积结构.该结构由氧化铝颗粒堆积床和双层碳化硅泡沫陶瓷组成，用以对其中的过滤燃烧特性开展试验研究.通过改变预混气体当量比和入口速度，研究在不同工况下的火焰可燃界限、火焰传播规律、CO排放规律和燃烧效率.研究发现：火焰的驻定和传播取决于区域温度、当量比和流速；在颗粒直径为40 mm的堆积床中，火焰易于传播且燃烧效率较高，而颗粒直径为20 mm的堆积床更有利于稳定火焰.     

粒状硝胺火药燃烧转爆轰的研究

本文以粒状硝胺火药(编号RDU-4,几何平均粒度δ=68μm)为研究对象,研究了硝胺火药燃烧转爆轰的某些特征.结果表明,该硝胺火药药床在爆轰形成之前有予压区存在,在装填密度为1.0g/cm~3时,最易实现燃烧转爆轰。     

Numerical study on combustion of diluted methanol-air premixed mixtures

The effect of nitrogen dilution on the premixed combustion characteristics and flame structure of laminar premixed methanol-air-nitrogen mixtures are analyzed numerically based on an extended methanol oxidation mechanism. The laminar burning velocities, the mass burning fluxes, the adiabatic flame temperature, the global activation temperature, the Zeldovich number, the effective Lewis number and the laminar flame structure of the methanol-air-nitrogen mixtures are obtained under different nitrogen dilution ratios. Comparison between experiments and numerical simulations show that the extended methanol oxidation mechanism can well reproduce the laminar burning velocities for lean and near stoichiometric methanol-air-nitrogen mixtures. The laminar burning velocities and the mass burning fluxes decrease with the increase of nitrogen dilution ratio and the effect is more obvious for the lean mixture. The effective Lewis number of the mixture increases with the increase of nitrogen dilution ratio, and the diffusive-thermal instability of the flame front is decreased by the nitrogen addition. Nitrogen addition can suppress the hydrodynamic instability of methanol-air-nitrogen flames. The decrease of the mole fraction of OH and H is mainly responsible for the suppressed effect of nitrogen diluent on the chemical reaction in the methanol-air-nitrogen laminar premixed flames, and the NOx and formaldehyde emissions are decreased by the nitrogen addition.     

Laminar premixed methane/air flame extinction characteristics influenced by co-flow water mists

Based on the tubular burner, the burning velocities, flame stretch and inhibition rules influenced by co-flow water mists were studied using a high-speed schlieren system. Moreover, the variation rules of the flame critical extinction in our burner equipment were also obtained by analyzing the process and mechanism of flame extinction and inhibition. It is shown that the flame stretch is related to the fuel concentration, co-flow fluxes and water mist diameters. For droplets with a larger diameter, the smaller the co-flow fluxes, the more obvious the flame stretch. When the water mist loading rate is rather smaller, for fuel-rich premixed flame with Le〉1, the flame with larger burning rate tends to backfire more easily. Under the same water mist conditions, for fuel-lean premixed flame with Le〈1, the smaller the gas concentration, the easier the flame is extinct.     

火焰拉伸率对层流燃烧速度的影响

将层流火焰消耗速度的概念与反应进程变量(progress variable)的定义相结合,给出了积分层流燃烧速度的广义定义.在准一维稳态系统中,分析了积分层流燃烧速度与未燃气体位移速度和已燃气体位移速度之间的关系.对甲烷空气和丙烷空气拉伸层流预混火焰在常温常压下进行了数值计算,研究不同当量比时,火焰拉伸率对层流燃烧速度的影响.通过火焰前锋放热率的积分层流燃烧速度和燃料消耗率的积分层流燃烧速度进行比较,结果表明,低拉伸火焰的马克斯坦数(Markstein number)与渐进分析一致,也与球形火焰获得的实验数据吻合.     

稀释气体对甲烷层流预混火焰燃烧速度的影响

基于GRI-Mech 3.0详细化学反应机理,利用预混燃烧模型(PREMIX Code)研究了甲烷-空气-稀释气层流预混火焰燃烧特性及火焰结构.重点探讨了不同化学当量比(0.5～1.5)、初始压力(0.05～0.40 MPa)、稀释气体种类(N2,CO2及H2O)和稀释摩尔比(0～0.35)对甲烷-空气-稀释气混合气层...     

一种新的拟序火焰模型及其KPP分析

从以Ｐｏｉｎｓｏｔ直接数值模拟结果为基础的拟序火焰模型（ＣｏｈｅｒｅｎｔＦｌａｍｅＭｏｄｅｌ）出发,使用分形几何的方法,提出一个新的火焰面积密度的汇项,以此建立了一个新的拟序火焰模型．在一维稳定湍流预混燃烧的情况下,对该模型进行了ＫＰＰ分析,得到了湍流燃烧速度的分析解．将得到的结果与原模型及Ａｂｄｅｌ－Ｇａｙｅｄ等人的实验数据进行比较．结果表明,该模型在不同过量空气系数、不同湍流强度下求得的湍流燃烧速度都与实验结果能较好地吻合,因而是成功的．     

Flame instability analysis of diethyl ether-air premixed mixtures at elevated pressures

Combustion characteristics of premixed diethyl ether-air mixtures were studied at different equivalence ratios and elevated initial pressures using schlieren photography and spherically propagating flame. Laminar burning velocities, Markstein number and critical radii at onset of cellular structure were obtained. The results show that an increase in initial pressure leads to a decrease in the unstretched laminar burning velocities. Laminar burning velocities give their peak values at the equivalence ratio o...     

甲烷在具有隔热通道的微燃烧器中的燃烧特性

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,用平板Swiss-roll燃烧器进行CH4/空气预混气的燃烧实验,获得了不同甲烷流量时燃烧器的熄火极限,分析了燃烧产物成分.结果表明:该燃烧器能够实现CH4/空气的稳定燃烧,并确保火焰位于燃烧器的中心;当存在回热时,未燃气体被加热,燃烧器的可燃极限范围增大,但上下极限并不对称,富燃极限比较小,而富氧极限比较大,预混气体能够在较大的空气流量下稳定燃烧;燃烧器最高的壁面温度在理论当量比附近,且随着空气流量的增大,火焰温度逐渐下降;空气过量时甲烷可实现较完全燃烧,空气不足时过剩的甲烷转化为H2和CO,减小了燃烧放热量,使燃烧器容易熄火.     

甲烷一维层流预混火焰的详细和单步反应机理模拟

为了解单步反应机理的不足及其不同速率表达式之间的差异,分别采用详细和单步化学反应机理数值模拟了甲烷一维层流预混火焰。详细机理预报的火焰速度在整个可燃范围都与实验结果吻合,而单步机理只在贫燃条件下才能给出定量相符的结果,在富燃条件下定性和定量预报结果均不合理。同时,单步机理预报的温度和浓度分布也存在较大偏差,特别是在富燃区。进一步研究表明,用有些常见单步反应速率表达式获得的预报值在整个可燃范围都是不合理的。这些结果对选取反应模型和获得可信预报结果有参考意义。