多孔介质内气/液燃料过滤燃烧的试验

摘要： 研究了小球自由堆积型多孔介质内丙烷/空气混合气的低速过滤燃烧过程,分析了燃烧室内温度、燃烧波传播速度和排放特性,以及当量比、入口气体速度等参数对过滤燃烧与排放特性的影响;实现了常压下柴油在多孔介质内的预蒸发自维持过滤燃烧,并研究了液体燃料过滤燃烧的温度特性.结果表明：在燃烧的不同阶段,预混合气燃烧波的传播速度与燃烧室内高温区域的范围差别较大;随着当量比增加,燃烧波的平均传播速度降低,燃烧温度升高,排放量增加;随着入口气体速度增大,燃烧波的传播速度增大,排放量降低;液体燃料过滤燃烧的最高温度低于气体燃料的最高温度,且燃烧器的中心温度与壁面温度差异较大.     

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.     

多孔介质内往复流动燃烧温度分布的实验研究

通过实验研究了多孔介质内往复流动下超绝热燃烧温度分布特性.对各种工况参数下,正反向流动半周期内,超绝热燃烧系统燃烧室内多孔介质轴向温度分布进行了测量.结果表明,不同物理参数条件下,燃烧室内的温度分布在半周期内变化具有不同的特点;一定条件下,燃烧室内有可能产生二维胞室结构热点.     

燃油预热改善直喷柴油机性能与排放研究

为了在传统柴油机上实现同时降低NOx和碳烟排放的准均质预混合燃烧,采用在高压油泵后加热流经高压油管柴油的方法,在一台单缸柴油机上就高温柴油对发动机燃烧和排放的影响开展了台架试验研究．通过在进气中添加低比例的二氧化碳气体,对采用燃油加热实现柴油准均质混合气压燃燃烧过程进行了探索性研究;同时应用KIVA3V对高温燃油喷射对混合气形成的影响进行了模拟研究．结果表明：高温燃油能够促进喷雾雾化和预混合气的形成,且对应一个最佳的温度范围,通过适当增大供油提前角到上止点前32°,采用大流量的多孔喷嘴缩短喷射持续期,以及进气中添加少量二氧化碳等措施,可以实现直喷式柴油机准均质预混合燃烧,达到同时降低NOx和碳烟的目的．     

进气方式对回热型微燃烧器燃烧特性的影响

设计了具有“C”型燃烧室结构的回热型微燃烧器，进行了不同进气方式下的微燃烧实验研究．发现分别进气时燃烧运行界限明显高于预混进气时的运行界限，过量空气系数最高达到7.8．微燃烧器的燃烧效率均较高，预混进气时燃烧效率可达到1，但分别进气时则不能实现完全燃烧．实验发现，分别进气时燃烧器的壁面温度、热损失和出口尾气温度在过量空气系数为1.5左右达到最高，而预混进气时过量空气系数为1时达到最高，且出口尾气温度明显高于非回热型微燃烧器．分析表明，不同的进气方式导致不同的气体混合程度，从而影响了微燃烧器的燃烧性能．由于采用特殊的“C”型燃烧室结构和回热夹层，延长了反应气体在微燃烧室内的停留时间，提高了反应气体的热焓和燃烧反应速度，从而提高了微燃烧效率和出口尾气温度．实验结果为微燃烧/透平发动机的设计提供了科学依据．     

高辛烷值燃料-空气预混层流燃烧特性研究

在定容燃烧弹中采用高速纹影摄像方法研究了不同当量比(φ=0.8～1.4)和初始温度(373K,423 K,473 K)下高辛烷值燃料-空气预混合气的层流燃烧特性,分析了当量比和初始温度对燃烧的影响.结果表明:拉伸火焰传播速率、无拉伸火焰传播速率、拉伸层流燃烧速率和无拉伸层流燃烧速率随着初始温度的增加而增加,无拉伸层流燃烧速率在φ=1.0～1.1附近有最大值;马克斯坦长度随初始温度的增加而增加,随当量比的增加而减小;燃烧压力峰值与混合气质量的比值在φ=1.1时出现最大值,初始温度增加,该比值相应增加.     

喷雾锥角及燃烧室对柴油机预混合低温燃烧的影响

为了避免预混合低温燃烧模式下,早喷策略导致的燃油湿壁现象,在样机燃烧室的基础上,设计了另外两种不同凹坑位置的燃烧室,运用仿真软件AVL fire研究了不同喷雾锥角及燃烧室凹坑位置对柴油机油气混合及燃烧排放的影响。结果表明:采用早喷策略时适当地减小喷雾锥角,可以改善燃油在缸内的分布,有效提高混合气均匀程度,原机燃烧室喷雾锥角从155°减小到145°,soot(碳烟)排放降低了76.8%,但燃烧温度的升高会导致NO_x排放的增加。燃烧室凹坑外移增加了油嘴到燃烧室壁面的距离,有利于充分利用喷雾射流动能,促进混合气的形成,145°喷雾锥角下外移后的燃烧室soot排放降低了56.4%。在不同喷雾锥角下,燃烧室凹坑外移soot排放总是呈减少的趋势,且外移的燃烧室对喷雾锥角的敏感性降低。早喷策略下实现的预混合低温燃烧模式宜采用凹坑外移的燃烧室和较大的喷雾锥角。研究结果为预混合低温燃烧模式燃烧系统的参数优化提供了一定的理论依据。     

微TPV系统中多孔介质燃烧室的数值模拟

为优化燃烧室的设计,提高微热光电系统的整体效率和工作性能,建立了颗粒填充型多孔介质燃烧室.通过试验验证,应用Fluent软件对多孔介质结构的微燃烧室进行数值模拟,分析孔隙率、氢氧体积混合比和流量比等因素对燃烧室性能的影响.模拟结果表明,采用多孔介质结构可以改善燃烧室的燃烧性能,燃烧室在多孔介质孔隙率为0.52,氢氧体积混合比为2:1,入口流量为200 mL/min时燃烧效率较高,有利于微热光电系统稳定高效地工作.     

不同压缩比对湍流射流点火发动机性能和爆震影响的试验研究

本文基于一台四冲程单缸发动机开展了不同压缩比对湍流射流点火(TJI)汽油发动机性能和爆震特性的影响研究,试验所采用的压缩比为9、11、13和15,在每个压缩比工况下对不同过量空气系数λ进行研究．结果表明,高压缩比可以拓展湍流射流点火汽油发动机的稀燃极限,压缩比15工况下,可以实现λ=3稳定燃烧．增大压缩比并配合预燃室喷油可缩短发动机燃烧的滞燃期和燃烧持续期,进而提高射流点火发动机燃烧效率．1.4<λ<1.9时,随着过量空气系数增加,主燃烧室内混合气变稀,滞燃期和燃烧持续期在低压缩比工况(CR=9、11、13)呈上升趋势,此时主燃烧室混合气浓度对燃烧过程的影响占主导作用;但是随着压缩比逐渐升高至15,滞燃期和燃烧持续期的上升趋势不再明显;而当λ>1.9时,主燃烧室混合气过于稀薄,此时预燃室射流火焰对主燃室燃烧的影响增强．试验还发现,射流点火发动机和普通火花塞点火发动机在压力振荡方面存在较大差异,射流点火发动机的压力振荡从燃烧初期阶段开始一直持续到燃烧结束,这主要是由于高温射流对主燃室多点点火造成的压力振荡．在高压缩比和较浓混合气工况下,射流点火发动机可能还会发生早燃,因...     

用混合燃烧模型研究缸内直喷醇类燃料发动机的燃烧

通过引入湍流燃烧延迟系数，将单步不可逆反应模型和漩涡破碎燃烧模型结合在一起，建立了一个新的混合燃烧模型．利用混合燃烧模型对一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层燃烧系统的醇类燃料发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟，计算所得的缸内压力和燃烧放热速率与实验结果吻合良好．模拟结果表明，在缸内直喷醇类燃料发动机中，混合气能稳定地实现由浓到稀的周向分层，醇类燃料高的汽化潜热导致混合气温度较低，燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存，燃烧速率非常快．     

往复式多孔介质超绝热燃烧中辐射传热有限体积法

对多孔介质中的往复式超绝热燃烧（简称为RSCP）进行了二维数值模拟,采用辐射传递的有限体积法求解了固相能量方程中的辐射源项．研究了预混气体流速、当量比和换向半周期等主要操作参数对RSCP系统中的温度分布、放热率、辐射热流量和辐射效率的影响,结果表明,有限体积法可以实现光学厚介质的非表面辐射流场与燃烧反应的耦合计算;RSCP燃烧器内部温度场呈典型的梯形,辐射热流近似正弦分布;在相同操作条件下,与常规多孔介质预混燃烧相比,RSCP燃烧器有更好的热结构和更高的辐射效率。     

稀预混气体低速过滤燃烧的实验研究

为研究稀预混气体在填充床内的燃烧特性以及燃烧波的传播规律,对小球填充床内温度进行系统测量,研究流速和丙烷/空气的当量比对燃烧波的传播速度和燃烧区域最高温度的影响.结果表明,随着当量比的增大,燃烧波的传播速度减小,燃烧区域最高温度增大;气体入口流速增大导致燃烧波传播速度和燃烧区域最高温度增大.对于丙烷/空气的预混气体,贫可燃极限可以扩展到其当量比为0.15.     

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.     

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.     

引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性的影响

在一台TY1100单缸柴油机的进气管上安装了一套电控甲醇喷射装置，采用柴油引燃甲醇方式，开展了引燃油量对甲醇柴油双燃料发动机燃烧特性影响的研究．结果表明：在相同的平均有效压力和转速下，随着引燃油量的减少，双燃料燃烧的滞燃期延长，主燃期缩短，缸内气体最高爆发压力和最大压力升高率在高负荷时增加，放热率曲线第1峰值增大，第2峰值减小，表明预混燃烧量增加而扩散燃烧量减少；高负荷时放热率曲线型心向上止点靠近，燃烧等容度提高，燃油经济性改善；提高转速和增大供油提前角，最大放热率和最大压力均增加．     

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     

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.     

基于文丘里的预混气体多孔介质燃烧特性

多孔介质燃烧技术是一种新型的清洁燃烧技术,被广泛应用于预混燃烧领域。燃烧过程中,燃料与空气的预混非均匀性是影响预混气体燃烧特性的重要因素。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(spatial mixing deficiency, 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。     

点火能量对天然气空气预混合气层流燃烧的影响

通过改变点火线圈的充电时间,研究了充电时间与天然气空气预混合气点火能量、预混层流燃烧速度及压力和放热率等燃烧特性参数之间的关系.结果表明:点火能量随充电时间的增加而增大,当充电时间增加到6 ms时,点火能量的增加趋势减缓;点火能量能会影响火核的形成和初期火焰的发展,当火核半径发展到8mm时,火焰传播速度不受影响;压力峰值随点火能量的增加逐渐增大且峰值位置提前,当充电时间由2 ms增加到8 ms时,最大压力峰值增加了3.8％,峰值提前8.6 ms出现,火焰发展期和快速燃烧期分别缩短了5.2 ms和1.7ms.