煤粉射流燃烧特征试验及数值模拟

对煤粉射流燃烧试验中的Ｏ２，ＣＯ与ＣＯ２的测量表明，煤粉射流最先着火的位置煤粉射半流宽度的中间，二次风的混入最初延缓了煤粉的燃烧，随后又促使煤粉激烈燃烧，数值模拟结果与试验结果符合，可以用来预测和分析煤燃烧过程。     

多孔介质燃烧的二维数值模拟

利用商业软件FLUENT6 2结合用户自定义标量和用户自定义函数,采用二维稳态模型和简单化学反应机理,对堆积床内丙烷/空气预混燃烧进行了数值模拟,并与实验结果进行对比.结果表明,由于壁面粘性和壁面散热的影响,多孔介质燃烧火焰呈现明显的二维结构.所以在实际的燃烧器设计中应考虑壁面带来的影响.     

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.     

多孔喷头孔间距对射流特性影响的数值模拟

为研究多孔喷头孔间距对射流特性的影响,采用Fluent软件中的标准k-ε湍流模型并结合压力隐式分裂算子(PISO)算法对喷头的双孔射流在不同孔间距及不同压强下的速度分布展开研究,并对结果进行了对比分析.研究表明:卷吸现象的存在对射流的发展起到很大的作用,影响卷吸效应的两个关键因素是射流出口速度和喷孔之间的距离.     

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。     

雷诺应力模型对扩散燃烧中守恒标量数值模拟

对湍流扩散燃烧中的守恒标量用二阶的雷诺应力模型进行初步的数值模拟,鉴于目前对守恒标量的模拟都是建立在各向同性的湍流粘性系数模型的基础之上的,这与各向异性的湍流燃烧存在很大的矛盾,研究用二阶的雷诺应力模型进行模拟,模拟结果与美国Sandia国家实验室的实验结果对比表明,对混合分数的预报结果是令人满意的,结果表明二阶矩的雷诺应力模型能提高模拟精度。     

多孔介质内氨气稳定燃烧范围的数值模拟

针对氨气在多孔介质内的燃烧特性,利用CHEMKIN软件简化了氨气详细燃烧机理,利用FLUENT软件研究了当量比、入口流速、孔隙率对氨气稳燃范围的影响.结果表明:综合DRGEP法和敏感性分析法得到的包含20种组分和65步基元反应的简化机理可以很好地预测氨气的燃烧情况.氨气在多孔介质燃烧内的稳燃当量比范围为0.15～0.45,稳燃速度范围为0.2～0.4 m/s.加入多孔介质后显著降低了NOx排放量,NOx浓度随当量比和入口流速的增加而增加.综上,多孔介质燃烧技术可以实现氨气的高效清洁燃烧.     

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.     

移动扩散燃烧火焰的实验及数值模拟

在不同工况下对直线运动下的扩散燃烧火焰进行了实验,并运用Fluent软件进行数值模拟对比分析.结果表明:火源自身的运动对燃烧火焰影响较大,风速为0 m/s时,火焰向火源运动的相反方向倾斜,火焰偏角随火源速度的增加而增大,当火源速度为0.36、0.44、0.55 m/s时,火焰偏角分别为36°、47°和60°;相对速度相同时,风作用和车运动下火焰向同一方向偏转,但火焰形态差异明显;由于绝对静止比相对静止的火焰散热快,故绝对静止火焰的燃烧温度更低;与绝对静止工况下的火焰相比,相对静止下的火焰形态发生偏移,方向与火源运动方向相反,且燃烧温度更高.由于内在影响和火焰形态都截然不同,故移动扩散燃烧火焰不能用相对运动的概念来简单分析.     

煤粉射流燃烧特征试验及数值模拟

对煤粉射流燃烧试验中的Ｏ２，ＣＯ和ＣＯ２的测量表明，煤粉射流最先着火的位置在煤粉射流半宽度的中间．二次风的混入最初延缓了煤粉的燃烧，随后又促使煤粉激烈燃烧．数值模拟结果与试验结果符合，可以用来预测和分析煤粉燃烧过程     

稳定碳同位素δ13C1在煤层气田勘探中的应用

煤层气分布状态主要受控于两种地质效应：一种是热动力学机制控制下的同位素分馏效应，存在于煤层气生成期；另一种是甲烷δ^13C1解吸一扩散一运移效应，存在于煤层气生成后，源于埋深变浅而造成的泄压条件下。文中以沁水煤层气田为例，探讨了沁水煤层气田煤层气δ^13C1解吸-扩散-运移效应。认为可以利用煤层气δ^13C1特征来评价煤层气保存条件和开采稳定性，指导煤层气田的勘探和开发。     

流化床内煤燃烧的传热过程DEM数值模拟

采用离散单元法（DEM）对流化床内煤颗粒燃烧过程中的传热过程进行了数值模拟．气相湍流采用融e模型,颗粒相采用离散单元法（DEM）．颗粒传热过程考虑了颗粒与气相的对流传热、颗粒与床层的辐射传热、煤颗粒的燃烧热以及颗粒碰撞传热;燃烧过程中化学反应包括焦炭与O2和CO2的异相反应、挥发分燃烧及CO和O2的均相反应．模拟得到了煤颗粒的加热升温和燃烧过程中各种热量对煤颗粒传热的贡献大小,并对不同颗粒刚度系数、考虑颗粒旋转与不考虑颗粒旋转以及不同颗粒摩擦系数对各种传热量的影响敏感性进行了模拟．     

尾巷瓦斯抽采下采空区煤自燃升温的数值模拟

针对尾巷抽采瓦斯抽放对长壁工作面采空区煤自燃升温影响的问题,利用化学反应动力学理论和换热关联式建立了包含热源和空气与固体换热关系的煤自燃升温模型,借助FLUENT软件计算了不同条件下采空区氧气稳态分布情况和温度动态变化过程。结果表明:同未抽放相比,深部大流量的瓦斯抽采会显著改变采空区流态,造成氧气向采空区纵深发展,煤自燃引起的升温速率会明显加快,高温区域范围扩大并向后移动。注氮可以将一定范围内的氧气浓度控制在较低的水平,并对控制范围内高温区域的升温速率随着时间推移起到不同程度的抑制作用,但对抽放口附近区域的温度抑制帮助不大。     

煤层气的富集成藏类型初探

通过对煤层气赋集成藏因素和机理的分析，结合煤层气勘探中有煤层却没有煤层气赋集，有煤层气赋集未必是勘探的有利选区等地质认识，探讨了煤层气藏的概念，并根据煤层气藏的成因和构造形态对煤层气藏类型进行了详细划分，共划分了8种煤层气藏类型，包括了目前所有已经发现煤层气藏类型。并认为只有在含气饱和度较高的煤层气藏，且具有较高的渗透率，才能成为煤层气勘探的有利区块。     

煤层气在低渗透储层中传输非线性规律研究

考虑气体滑脱效应条件下，建立了煤层气在低渗透储层中渗流的数学模型，采用Laplace变换和留数计算方法进行解析求解，得出了气体非线性渗流的压力分布规律，并将其与达西渗流条件计算的结果进行对比分析，结果表明：滑脱效应对气体非线性渗流过程有较大影响，且随着抽气量的增大，其差别越明显。因此，在低渗透储层中进行煤层气资源化开发计算时，应充分考虑到气体滑脱效应对气体渗流的影响。这不仅对于可为煤层气资源开发潜力的评价和开发工程方案的优化提供科学决策依据，而且对于低渗透油气藏工程开发过程中水平试井数据的确定具有重要的参考价值。     

Fractal classification and natural classification of coal pore structure based on migration of coal bed methane

According to the data of 146 coal samples measured by mercury penetration, coal pores are classified into two levels of <65 nm diffusion pore and >65 nm seeping pore by fractal method based on the characteristics of diffusion, seepage of coal bed methane(CBM) and on the research results of specific pore volume and pore structure. The diffusion pores are further divided into three categories: <8 nm micropore, 8-20 nm transitional pore, and 20-65 nm mini-pore based on the relationship between increment of specific surface area and diameter of pores, while seepage pores are further divided into three categories: 65-325 nm mesopore, 325-1000 nm transitional pore, and >1000 nm macropore based on the abrupt change in the increment of specific pore volume.     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。     

煤层气发动机电控点火系统设计

针对传统点火系统不能保证煤层气发动机在气源参数和负荷发生变化时稳定运行的现状,设计了一套电控点火系统,阐述了该控制系统设计方案、系统结构、软硬件设计方法及其功能.该系统以爆震信号作为反馈信号,实现了发动机最佳点火提前角的闭环控制,能有效防止发动机爆震、进气管回火、排气管放炮,确保发动机安全、高效、洁净地运行.     

催化壁面对微型燃烧腔内甲烷燃烧影响的数值模拟

为研究不同催化壁面对燃烧的影响,采用甲烷和空气预混催化燃烧方式,运用连续介质层流有限速率模型和二阶离散方法对微型燃烧腔内不同催化壁面对甲烷催化燃烧的影响进行了三维数值模拟.结果表明,壁面温度、甲烷与氧气摩尔比和甲烷质量流量变化时,下催化壁面对甲烷催化燃烧效率影响最大,侧面次之,上催化壁面最小.下催化壁面单位面积催化燃烧效率约是上催化壁面的3倍,其催化剂利用率也最高.涂敷催化剂时,下底面应适当多涂,侧面适量,上底面尽量少涂.得到了不同催化壁面对甲烷催化燃烧的影响规律和贡献率,提出了涂覆催化剂的优化策略,降低催化燃烧成本.     

煤层气发动机电控单元设计

为了充分发挥变浓度煤层气发动机的性能,必须对煤层气发动机多个参数进行电子控制,其电子控制系统主要包括传感器处理电路、单片机系统电路和功率驱动电路。在系统中采用了冗余设计和模块化电路设计,充分考虑了对发动机环境适应性、功率驱动自保护和系统的散热性能,阐述了电控单元的系统软件,并提出了一种基本的控制算法。