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.     

基于MATLAB图像处理的大缸径定容弹中甲烷/空气射流火焰传播特性

在带有预燃室的大缸径定容燃烧系统中进行甲烷/空气射流引燃主燃室内预混气体的实验研究.基于MATLAB软件平台编写火焰图像批处理算法,并通过该算法进行图像预处理进而获取特征参数;通过分析瞬时压力曲线以及高速摄影仪拍摄的火焰传播图像,研究甲烷/空气预混射流火焰的传播特性以及初始压力和过量空气系数等初始条件对射流火焰发展过程及火焰传播速度的影响.研究结果表明:位于预燃室中的火花塞偏置会造成主燃室内的引燃射流火焰的不均衡发展,且这种不均衡性在过量空气系数越小时愈发严重;射流火焰传播速率随初始压力和过量空气系数的增大而减小,并且当过量空气系数较小(λ=0.8)时,射流火焰对背压的变化较为敏感.     

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.     

高雷诺数预混湍流火焰的数值模拟与结构表征

高雷诺数湍流预混燃烧是先进发动机高效清洁燃烧中的共性问题.为发展发动机燃烧室工况下的预混燃烧可预测模型,亟需开展高湍流度、宽压力范围内的湍流预混火焰基础研究.本文就近期相关进展进行综述,重点内容包括:(1)主要处于薄反应区预混燃烧模式下的自由传播与射流火焰的直接数值模拟;(2)湍流预混火焰结构演化中的几何与拓扑性质表征方法;(3)预混火焰锋面前后密度与黏度变化对临近流体局部各向异性与小尺度涡结构的影响机理;(4)高雷诺数湍流预混火焰中高拉伸率与差异扩散对燃烧速率和局部熄火的影响;(5)湍流预混燃烧大涡模拟中的亚格子模型.     

火焰动力学及其对热声稳定性的影响

火焰动力学特性对燃烧系统热声振荡的准确预测和控制具有重要的意义。该文介绍了作者团队近年来针对不同应用背景下的火焰动力学特性在理论建模和实验验证方面的研究，包括理想非预混射流火焰、钝体预混火焰、值班火焰等组织方式以及多维扰动下的火焰动力学特性。其中：通过Green函数法建立了非预混火焰的分布式火焰传递函数；通过火焰面方程和离散涡模型研究了涡和火焰面的相互作用机理；通过双火焰面模型研究了值班火焰和主火焰之间的相互作用机理；通过非对称火焰模型，研究了火焰对不同方向扰动的响应特征。结果表明，将火焰动力学模型与声学网络模型结合分析，可以得到火焰动力学对燃烧室热声稳定性的影响机制。     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.     

多孔陶瓷材料中的预混火焰

本文实验研究了在一种专门设计的具有多孔惰性介质燃烧器中预混火焰的燃烧特性.初步结果已经表明,在多孔介质中,热辐射对其火焰结构和燃烧速度有较大影响.燃烧速率比无惰性介质时提高了若干倍,最大火焰温度比普通的绝热预混火焰温度也高许多,火焰稳定性亦明显增强.     

基于过程变量-火焰面模型的湍流燃烧大涡模拟

湍流燃烧常伴随着复杂的流动过程和燃烧现象.先进的燃烧模型与大涡模拟结合为模拟湍流燃烧提供了有利的工具.过程变量-火焰面模型是在火焰面模型的基础上发展起来的.由于引入了过程变量,过程变量-火焰面模型可以描述诸如局部熄火和再燃等复杂的燃烧现象.为了验证基于过程变量-火焰面模型的大涡模拟方法,近年来开展了一系列的数值模拟工作.在非预混火焰、部分预混火焰、抬升火焰、旋流火焰等火焰的模拟中,基于过程变量-火焰面模型的大涡模拟方法都得到了很好的验证.在此基础之上,基于过程变量-火焰面模型的大涡模拟也被用于燃气轮机燃烧室的模拟,并开始用于预测一些基本的燃烧现象.随着过程变量-火焰面模型的不断发展,基于过程变量-火焰面模型的大涡模拟方法将在湍流燃烧模拟中发挥更重要的作用.     

低浓度煤层气多孔射流扩散燃烧的数值模拟

采用k-ε湍流双方程模型、非预混燃烧模型和P1辐射传热模型,对低浓度煤层气扩散燃烧过程进行了数值模拟。比较了不同结构形式和不同射流参数对低浓度煤层气燃烧过程的影响。结果表明:燃气喷口与燃烧空间中心轴线的距离、燃气向空气偏转角度、空气和燃气的速度比对煤层气扩散燃烧有很大影响。当燃气喷口与中心的间距为30mm,燃气向空气偏转角度为45°,空气和燃气的速度比为2时,燃烧效果较好。     

预混火焰在狭缝通道中的熄灭机理研究

为了对预混火焰在平板狭缝中熄灭的内在规律进行探讨,给出了火焰在狭缝中熄灭状态的判断依据.通过模拟甲烷/空气预混火焰在平行板狭缝中淬熄的机理及过程,借助实验和计算在特定的狭缝高度下研究预混火焰的熄灭长度与传播速度间的关系,得出了化学反应放热和壁面散热等与预混火焰传播和熄灭状态间内在关系,这为防止预混可燃气体发生爆炸和燃烧提供依据,为设计和应用阻火器提供理论上的支持.     

套室内扩散燃烧火灾的三维数值模拟

采用非稳态湍流模型和湍流与化学反应相互作用的涡耗散燃烧模型,对套室内扩散燃烧的火灾进行了三维空间数值模拟.给控制方程添加不同源项以反映化学反应净产生速率对流场的影响,采用交错网格有限容积法将计算区域进行离散,用SIM-PLE算法求解离散控制方程.通过对套间内3种不同释热率情况下火灾的数值模拟,研究了套间内火灾发展、烟气温度分布和燃烧产物浓度分布规律.研究表明火源释热率的大小对烟气温度场的影响较大,对燃烧产物CO2浓度场的影响不很明显.释热率较小时,较短时间内仍能产生大量的烟气;释热率较大时,烟气层迅速形成,温度上升程度更为剧烈.此研究结果对于准确预测套室内火灾传播规律、有效阻止套室内烟气扩散和设计合理的排烟结构有一定的指导意义.图8,参12.     

气烧石灰竖窑内温度场的数值模拟

气烧石灰环型竖窑内气体燃料在石灰石固体颗粒间流动燃烧是典型的多孔介质内燃烧传热问题.本文建立了三维多孔介质模型湍流非预混燃烧数学模型,对某厂日产300 t/d的气烧石灰环型竖窑内的温度场进行了仿真模拟研究.结果表明,不同的窑高对温度场的影响很大,通入煤气量一定的条件下,窑炉越矮,高温区距离出口处越近,出口处平均温度越高,烟气带出的热量越多,热量损失越大.建议该气烧竖窑应改造成16m高料柱的窑体结构,煅烧石灰石使用的高炉煤气总体积流量最佳控制约为14 875m3/h.     

环境温度对转炉顶吹氧枪射流特性的影响

联合标准的k-ω湍流模型和雷诺平均的N-S方程,建立了转炉多喷孔氧枪超音速射流可压缩、非等温过程的三维CFD模型,模型的有效性通过实验进行了验证.考察了温度对气体分子黏度的影响,研究了不同温度场下射流动力学特性.结果表明:环境温度对射流速度、密度及温度分布有较大影响,环境温度越高,射流密度越小,速度衰减越慢,速度越大,并且射流径向扩张越厉害;温度越低,射流越易于聚并.随着射流的轴向流动,温度场对射流动压的影响逐渐减小,即射流对熔池的冲击力受环境温度影响减弱,但冲击面积随温度的提高而增大.     

平面射流及平面射流火焰中拟序结构的实验研究

在设计和组建了二维平面射流及平面射流燃烧实验系统的基础上 ,对二维平面湍射流流场及平面湍射流燃烧场进行了流场显示实验研究。实验采用烟雾作为示踪粒子 ,由 He- Ne气体激光器产生的激光束经柱面镜后形成片光源实现对流场的照明。实验给出了不同射流伴流速度比下二维平面湍射流的流场显示图像 ,不同的射流发展阶段流场中的大尺度湍流拟序结构的形态及其发展演变情况以及射流燃烧场中湍流拟序结构的形态。实验同时表明 ,在射流燃烧情况下 ,火焰的存在使喷嘴出口处的流动层流化 ,并显著降低初始剪切层的增长     

Application of neural network in the study of combustion rate of natural gas／diesel dual fuel engine

In order to predict and improve the performance of matural gas/diesel dual fuel engine(DFE),a combustion rate model based on forward meural network was built to study the combustion process of the DFE.The effect of the operating parameters on combustion rate was also studied by means of this model.The study showed that the predicted results were good agreement with the experimental data.It was proved that the de-veloped combustion rate model could be used to successfully predict and optimize the combustion process of dual fuel engine.     

水平巷道火灾浮羽流及顶板射流积分模型

为研究矿井火灾火源区域烟流流动规律，以便对矿井火灾灾变风流的流动状态进行更详细地描述和计算机动态模拟，分析了矿井水平巷道火灾浮羽流的特性和顶板射流的形成原因，从基本物理定律和守恒方程出发，采用二维平面射流和动量积分分析方法，建立了水平巷道火灾浮羽流和顶板射流的数学模型。此模型经实验和计算检验修正后将作为矿井火灾区域模拟的理论基础。     

天津市政污泥热解及燃烧动力学特性的分析

利用热重分析仪,在氮气和空气气氛下分别对天津市政污泥进行热分析实验,并采用热重、微分热重、差示扫描量热等方法分析了市政污泥的热解特性及燃烧特性.实验结果表明城市污泥燃烧热反应可分为4个阶段:水分蒸发析出、污泥有机挥发成分析出燃烧、污泥有机质及固定碳燃烧、燃烧残余物及难分解物的分解.在实验条件下,污泥样品着火温度为277.5,℃,燃尽温度为540,℃.建立了天津市政污泥燃烧动力学模型,采用连续两方程拟合的方式,得到了上述主要阶段的表观活化能Ea和指前因子A.     

多重射流气相燃烧反应器内三维流场的数值模拟

采用标准的k-ε湍流模型、EDC(涡耗散)燃烧模型和DO(离散坐标)辐射换热模型对多重射流燃烧反应器内的流动及燃烧状况进行了三维全尺寸数值模拟。研究了不同工艺条件下燃烧反应器内温度、速度以及各反应组分的分布状况,考察了燃烧反应器径向温度分布等参数对最终颗粒尺寸、形貌特征的影响规律,并与同工艺条件下实验结果进行了验证,数值模拟与实验结果吻合良好。所建立的数学模型为燃烧反应器结构设计和工艺条件优化提供了依据,同时模拟结果也为纳米颗粒成核生长过程的研究提供理论依据。     

油砂及其热解半焦的燃烧研究

通过X-射线衍射(XRD)对油砂、其热解半焦以及两者燃烧灰样的物相进行了分析,利用氮气等温吸脱附研究了灰样表明特性,采用热重分析法对比了油砂和半焦的燃烧特性,并借助平行反应模型进行了动力学分析。结果表明油砂和热解半焦中所含矿物质主要为方解石,其分解温度主要在873-973 K内。灰样的分形维数D、孔容积和BET比表面积随燃烧温度变化的趋势相近。TG-DTG曲线表明油砂在低温段有明显的燃烧失重趋势,而焦炭不明显,但两者在高温段的失重过程相似,同时油砂着火及燃烧性能比半焦高。平行反应模型可以很好地描述油砂及半焦的燃烧过程,两者动力学模型有一定相似性;半焦燃烧的平均表观活化能Em比油砂高,反应活性较低。     

直喷式柴油机二甲醚喷雾燃烧的多维模型研究

使用KIVA程序模拟了小型直喷式柴油机燃用二甲基醚(DME)的喷雾燃烧过程,其中的喷雾模型包括喷嘴空穴流动、射流雾化、液滴破碎和喷雾碰壁等子模型．对燃烧过程,采用了一个简化的化学反应机理和新型的湍流模型——部分搅拌反应器(PaSR)模型,考虑了湍流混合作用对燃烧速率的影响、由计算所得的缸内压力和放热率曲线与试验值符合较好,并分析了缸内瞬态温度场和喷雾粒子轨迹的变化历程．结果表明,柴油机燃用DME时,其燃烧系统需要进行必要的优化．