环形微细腔内甲烷催化转化效率的数值模拟

甲烷在微燃烧器内存在燃烧效率不高、燃烧不稳定等问题。为了研究微尺度下甲烷持续稳定燃烧的性能,采用催化燃烧方式对环形微细腔内甲烷与空气混合物在铂催化表面上的催化燃烧进行了数值模拟,研究了甲烷当量比、壁面温度对微通道内甲烷与空气混合物催化燃烧的甲烷转化效率的影响。结果表明,甲烷当量比、壁面温度对甲烷转化率有重要影响,通过催化可以促进甲烷在环形微细腔内的稳定燃烧。为了获得较高的甲烷转化效率,微燃烧器入口的甲烷当量比在0.8~1.0范围内较为合理,温度是影响环形微细腔内甲烷催化燃烧的主要因素,尤其在甲烷当量比较低时,温度的提高对甲烷的催化转化有更好的促进作用。甲烷的质量流量为6.5 g/h时,甲烷催化转化效率可达77%。     

带有预热通道的微平行板燃烧器的数值模拟

为进一步提高平行板微热光电系统的整体转化效率和工作性能,设计了一种带有预热通道的新型微平行板燃烧器,采用数值模拟的研究方法,对比了入口氢气、氧气当量比为1.00,总流量为900 mL/min时有无预热通道的2种燃烧室内部、辐射壁面以及出口截面的温度分布.计算结果表明:氢气、氧气在2种燃烧器中混合充分,均能实现稳定的燃烧...     

双层多孔介质燃烧器表面辐射特性的实验和数值研究

对双层多孔介质燃烧器表面辐射特性进行了实验和数值研究.实验通过改变当量比、预混气质量流量等条件,研究了影响多孔介质燃烧器辐射输出效率的因素;数值模拟采用一维模型和较为详细的化学反应机理,分析了燃烧器内温度分布及辐射通量.实验测得的表面辐射效率在22%左右,同时结果表明,实现贫燃料低流速燃烧可以有效提高表面辐射效率,缩短稳定燃烧区多孔介质也可提高对外辐射效率.     

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.     

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.     

回热型燃烧辐射器性能实验研究

利用多孔介质高热容和良好的导热特性,设计了带回热侧面辐射式SiC多孔介质燃烧辐射器,研究当量比、功率对燃烧辐射器的热负荷、燃烧稳定范围、表面温度均匀性和辐射效率的影响.研究结果表明:当量比一定时,提高燃烧功率可增大燃烧器表面温度和降低表面温度梯度;功率一定时,存在最佳当量比使得辐射器表面温度梯度最低.回热器可以提高辐射器表面温度均匀性和辐射效率;当量比与功率对多孔介质燃烧器辐射效率都有较大影响.小功率时,功率增大导致辐射效率增加明显.燃烧辐射器功率一定时,存在一个最佳当量比使得辐射效率最佳.本实验研究的燃烧辐射器无回热功率为7.0kW,当量比为0.75时辐射效率最高达34.7%;回热后最佳当量比降低到0.54,其对应的辐射效率提高到36.9%.     

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.     

煤层气扩散燃烧性能影响因素分析

基于计算流体力学的涡耗散模型,采用有限容积法建立组分燃烧与扩散数学模型。针对长为2.9m,直径为0.5m的喷口型燃烧器进行数值模拟。研究表明：随着煤层气中甲烷浓度的增加,氧气浓度的峰值逐渐右移,非预混系统的最高温度与平均温度都有所增加;随着速度比的逐渐增加,煤层气中甲烷燃烧较快;随着过量空气系数的增加,非预混系统燃烧温度最大值逐渐右移。该结果可为生产实际提供一定的理论指导。     

当量比对航空发动机防火试验温度场的数值分析

为得到当量比对航空发动机防火试验温度分布的影响,建立了NexGen燃烧器的数值计算模型,使用Fluent计算了7组当量比的火焰温度分布。燃烧模型采用非预混燃烧模型与20组分单煤油分子C_(12)H_(23)的概率密度函数方法。使用雷诺时均模型与SST k-ω湍流模型求解火焰的湍流方程。使用离散坐标辐射模型和灰体加权平均模型的求解火焰的辐射。液体燃料液滴根据离散随机游走模型与湍流气体介质的相互作用建立模型。分析了7组当量比对防火试验火焰温度的点分布、面分布和空间分布的影响。得到随当量比的增加,Z轴最高温度位置先变大后减小;监测点的平均温度先升高后降低;监测面的最高温度先降低后变化平缓再增加,与浴盆曲线相近;监测面的平均温度先降低后平缓再增加。当量比小于1时,各平面的平均温度随当量比增加而降低;当量比大于1时则升高。当量比为0.9时,火焰空间温度分布最好、各平面的温度分布最均匀、监测面的温度分布最均匀、七个监测点的温度值及分布适中。     

基于OH - PLIF 的甲烷/空气旋射流扩散火焰实验研究

利用平面激光诱导荧光技术研究甲烷-空气旋射流扩散火焰中氢氧自由基(OH)的分布。通过OH-PLIF测量技术在已经设计完成的燃烧器(旋风燃烧器)开口上观察不同甲烷和空气的质量流量配比对火焰的温度、颜色变化、火焰的尺寸的影响以及这些因素和OH浓度分布的关系。OH-PLIF的图像是研究火焰结构和流场的有效工具;通过了解OH基的浓度分布来进一步改造发动机内部的结构,从而提高燃烧的效率。     

多孔介质内预混气体燃烧稳定操作范围的研究

为优化多孔介质燃烧器设计,考察了多孔介质的物性参数对稳定燃烧速度极限的影响.建立了甲烷/空气预混气体在多孔介质内燃烧的二维数学模型,在FLUENT软件中加入自定义编程,用求解瞬态控制方程的方法对多孔介质内的稳定燃烧进行计算,考察了当量比、多孔介质的辐射衰减系数及导热系数对速度极限的影响.结果表明,当量比从0.55增加到0.9时,速度的最小和最大极限值有明显增加,稳定燃烧的最大与最小速度极限差从0.12增加到0.72;与参考算例相比,当下游区域导热系数增加5倍而上游导热系数保持不变时,稳定燃烧最大与最小速度极限差增加到0.47;上游多孔介质的辐射衰减系数增加而下游辐射衰减系数保持不变,可以达到相对最大的稳定操作范围.     

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.     

烟气自循环式低氧燃烧器燃烧过程的数值模拟

在分析了工业中几种低氧燃烧方式的基础上,将收缩-扩张结构用于燃烧器空气通道,开发出了烟气自循环式低氧燃烧器,同时借助FLUENT软件对燃烧器进行了大量数值模拟研究. 结果表明:喉部的负压是烟气卷吸的驱动力,烟气卷吸量随喉部面积的缩小而急剧增多;随着烟气卷吸量的增多,炉膛中氧含量越来越低,火焰高温区向燃烧器偏移,火焰逐渐变短. 最后,将烟气自循环式低氧燃烧器用于熔化保温炉进行了实践,取得了预期的效果.     

Study of a ceramic burner for shaftless stoves

A multi-burner-port annular flameless ceramic burner (MAFCB) of the shaftless stove for blast furnaces was designed. The characteristics of pressure drop, homogeneousness of the flows at burner ports, and distribution of the flows in the chambers and joint were studied by cold model experiments. This type of ceramic burner was successfully applied in 6# blast furnace at Liuzhou Iron & Steel Co. Ltd. (LISC) and this practice proved that it could be used in the hot blast stove and other stoves with a higher efficiency and a higher steadiness of hot blast temperature at 1200℃. With the combustion of blast furnace gas alone, the thermal efficiency was up to 78.95%, saving energy remarkably.     

低热值煤层气燃烧器数值模拟及结构优化

对一种低热值煤层气燃烧器结构进行全尺寸的数值模拟优化,研究了该燃烧器在燃烧甲烷体积浓度为30%的煤层气时通入了不同比例的旋流风和直流风对流场。温度场和浓度场所产生的影响。得到最佳的直流风与旋流风的组合比例。在此基础上进一步对燃气管中导流叶片的数目与倾角进行优化。结果表明:直流风率为80%,旋流风率为20%时,在具有很好的射流刚性的同时,也具有较大的旋转动量,能产生较大的逆向轴向速度梯度,中心回流区逆向速度大,燃烧温度高,高温区域分布广,燃烧效率高。导流叶片的数量为6,倾角为60°时,甲烷质量分数下降快,燃烧区域出口甲烷质量分数低,燃烧效率高。     

旋流煤粉燃烧第四类稳燃技术

将国内外旋流燃烧器现有的稳燃措施根据其稳燃原理分为3类.分类分析现有稳燃措施不能适应低挥发分煤稳燃的原因和存在的问题,分析得出:扩口、扩流锥、浓淡燃烧、齿环稳燃器等稳燃措施都没有考虑煤粉气流进入炉膛后与高温烟气迅速混合问题.在这些稳燃措施的流场中,煤粉气流进入炉膛,除脉动外,首先沿回流区外缘流动,向外扩张,与二次风混合过早,而并不迅速与热烟气混合;煤粉气流与高温烟气的混合动力为二者之间的横向湍流脉动,混合强度弱.因此,对于低挥发分煤不能起到良好的稳燃作用.提出了第4类稳燃技术花瓣稳燃器,该技术充分考虑了煤粉气流与高温烟气间的掺混速度和前期掺混强度.花瓣稳燃器能够在其背流面形成轴向和径向多种回流区,使得煤粉颗粒与高温烟气间的混合动力除横向湍流脉动外还有宏观对流混合,加大了二者之间的热质交换强度.     

用稳燃腔煤粉燃烧器改燃烟煤为燃无烟煤锅炉

针对一台 75t/ h锅炉 ,利用稳燃腔煤粉燃烧器 ,并实施其他相关改造 ,成功地将原设计一直燃用烟煤改燃无烟煤 ,并取得了改造后锅炉燃用无烟煤 60 %负荷下不投油稳燃的良好效果     

CH4/O2/CO2层流预混火焰传播速度实验研究

采用本生灯法,测量了CH4/O2/CO2混合气在不同工况下的层流预混火焰传播速度.采用基于火焰图像的全面积法计算本生灯火焰的传播速度.主要研究了化学当量比(08~12)、氧气体积分数(25%~35%)和稀释剂种类(N2,CO2)对火焰传播速度的影响规律.结果表明:当化学当量比为1时火焰传播的速度达到最大值,在其两侧火焰传播速度逐渐下降;火焰传播速度随着氧气体积分数的增加而增加,且火焰传播速度与氧气体积分数呈二次函数关系;与N2相比,高浓度CO2降低了火焰传播速度,CH4在O2/CO2气氛下的火焰传播速度约为O2/N2气氛下的五分之一.