湍流粉煤燃烧和稳定性的数值模拟

对炉内粉煤两相湍流燃烧过程作了数值模拟，计算结果与实验数据较为吻合．同时，用气相燃烧的火焰稳定性模型对煤粉燃烧的火焰稳定性作了初步分析，并与实验结果进行了比较     

钝体稳燃器回流区的湍流结构与粒子动态特性

应用粒子动态分析仪进行钝体稳燃器回流区湍流结构和粒子动态特性的测量，试验提供了不同粒径粒子在流场中的分布及其与速度场的关联特性，以及三维稳燃流场的湍流特征，试验结果表明，在高湍流度、流动方向急剧变化和有粒子掺混情况下，粒子动态分析仪三维激光测量系统有热线风速仪或其它传统的湍流测量仪器不可比拟的优越性。     

燃烧模型对甲烷/空气非预混数值模拟的影响

对甲烷-空气的钝体燃烧进行了数值模拟,考虑了流体的湍流流动和扩散火焰燃烧的相互作用.模拟分别采用化学平衡模型和GRI - Mech 3.0反应机理的非预混燃烧稳定层流小火焰模型.通过与文献实验数据的比较,分析了上述两种模型的模拟结果和Mobini等人的条件矩平衡封闭模型的模拟结果的准确性.研究表明,上述3种燃烧模型的计算结果与实验结果均存在不同程度的误差,说明现有的燃烧模型尚需进一步完善.     

加湿回流湍流扩散燃烧流场的实验研究

实验测量了加湿、不加湿状况下钝体后丙烷/空气湍流扩散燃烧流场,分析了两种燃烧流场的异同点.实验中采用粒子图像速度场(PIV)测量技术测量了钝体后加湿、不加湿扩散燃烧流场的速度分布,利用高温热电偶测量了两种流场火焰内部的温度分布,使用气体分析仪测量了两种流场的NO分布.结果表明:加湿扩散燃烧流场与不加湿扩散燃烧流场虽然总体相似,但加湿使得燃烧流场回流区中心的位置前移、回流区长度减小、燃烧区最高温度降低,并且使得燃烧室内的NO浓度降低;加湿有利于燃烧室轴向尺寸的缩小,提高了燃烧室内温度分布的均匀度,降低了污染物的排放.     

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.     

微通道内甲烷空气预混气的熄火极限

为了研究微尺度催化燃烧可燃极限的变化规律,使用计算流体软件FLUENT和化学动力学软件DETCHEM对甲烷空气预混气体在微通道内催化燃烧进行了数值模拟。计算结果表明,微通道的导热壁对火焰的稳定性有重要的影响。较低的流速造成燃气在微通道内停留的时间过长,大量的热量通过导热壁散失到环境中导致熄火;较高的流速使燃烧区域往下游移动,导致吹熄。熄火特征与导热壁面温度以及铂和氧的表面覆盖率之比有关。     

表面粗糙度对微尺度火焰淬熄的影响

在对不锈钢片、铝片、单晶硅以及氧化锆板等材料表面上进行化学和物理的处理,形成不同的表面粗燥度.使用这些不同表面粗糙度的平板制作缝隙燃烧室壁面.在缝隙燃烧器的两个平行板之间.使用预混甲烷/空气火焰进行燃烧实验,考察在微小空间里,表面粗糙度对火焰淬熄的影响.结果显示表面粗糙度的增加,火焰淬熄距离变小,有利于微尺度燃烧器的稳...     

微型凹腔燃烧器内氢气/空气的预混燃烧特性

使用计算流体动力学软件FLUENT,并采用详细的化学反应机理,对当量比为0.5的氢气/空气预混气在带凹腔的平板型微通道内的燃烧特性进行了数值模拟.探讨了进气速度和凹腔的长深比对微通道内的温度场、燃烧效率和排烟温度的影响.计算结果表明:随着进气速度的增大,火焰被吹向下游,并且使火焰变得狭长,这会使得壁温分布更加均匀;在同一长深比下,燃烧效率随着进气速度的增加而降低,而排烟温度随着进气速度的增大先升高后降低;当长深比从1增大到3时,增大凹腔的长深比能拓展吹熄极限;长深比从3增大到4时,其吹熄极限相同.     

液体乙醇微尺度层流扩散燃烧的数值模拟

结合微尺度条件下液体乙醇的流动和燃烧特性,通过理论分析选择合理的模型来对液体乙醇的微尺度层流扩散燃烧进行数值模拟,然后采用数值模拟软件Fluent来分析液滴辐射传热与边界层滑移因素对数值模拟的影响,将数值模拟结果与测量值进行对比分析.研究结果表明:将液滴辐射传热和边界层滑移因素结合起来考虑能使数值模拟值与测量值更接近.     

过量空气系数对微细腔内氢气预混燃烧效率的影响

针对微型涡轮气体发动机燃烧效率和停留期等问题，设计了一套微细环型腔燃烧实验装置．进行了氢气与空气预混燃烧特性实验，测试并获得了微细环型腔内燃烧效率和着火浓度极限，分析了燃气浓度比对燃烧状况的影响．结果表明，在微细型腔内进行可燃气体与空气的预混燃烧具有可行性，但由于微细通道管壁表面散热损失相对增大，火焰传播速度减小，过量空气燃烧效率较低．实验发现，在微细燃烧装置中，富燃料燃烧时燃烧效率相对较低．在相同系数下，燃烧效率先是随氢气量的增大而增大，而后随之下降．在相同的供氢量条件下，燃烧效率随过量空气系数的增大先是增大，而后则随之减小．     

Experimental and LES investigation of flame propagation in a hydrogen/air mixture in a combustion vessel

This work presents an experimental and numerical investigation of premixed flame propagation in a hydrogen/air mixture in a closed combustion vessel. In the experiment, high-speed schlieren video photography and pressure sensor are used to examine the flame dynamics and pressure transient. In the numerical study, a large eddy simulation （LES） based on a RNG sub-grid approach and a LES combustion model is applied to reproduce experi- mental observations. The effects of four physical phenomena on the burning velocity are considered in the combustion model, and the impact of grid type on the combustion dynamics is examined in the LES calculations. The flame experiences four stages both in experiment and LES calculations with structured and unstructured grids, i.e., spherical flame, finger-shaped flame, flame with its skirt in contact with the sidewalls, and tulip-shaped flame. The flame speed and pressure in the vessel develop with periodical oscillations in both the experiment and LES simulations due to the interaction of flame front with pressure wave. The numerical simulations compare well with the detailed experimental measurements, especially in term of the flame shape and position, pressure build-up, and periodical oscillation behaviors. The LES combustion model is successfully validated against the bench-scale experiment. It is put into evidence that mesh type has an impact to a certain extent on the numerical combustion dynamics, and the LES calculation on structured grid canpredict the flame dynamics and pressure rise more accu- rately than that on unstructured grid with the same mesh resolution. The flame shape is more asymmetrical in the LES on an unstructured grid than that on a structured grid, and both the flame speed and the pressure rise at the later flame stage are underestimated in the LES on the unstructured grid.     

多孔介质内稀氢气/空气预混过滤燃烧不稳定性

在不同过滤速度和氢气体积分数试验参数下观测超绝热燃烧波传播过程中火焰面倾斜不稳定性演变过程及热斑组成的胞状结构燃烧波的特点,分析导致过滤燃烧不稳定性发生的动力学因素,确认低速过滤燃烧不稳定性的演变机理及其特点.结果表明:在火焰面有一个初始轻微的倾斜角时,这种倾斜不稳定性演变持续性发展;改变试验工况参数,在燃烧器上游可能会出现胞状结构体燃烧波;在主燃烧波传播过程中,胞状结构燃烧波显著影响着主燃烧波火焰面传播的稳定性并且抑制主波的传播速度;当主燃烧波离开燃烧器后,胞状结构燃烧波随机分布驻定在燃烧器内部.     

Direct observations of reaction zone structure in shock-induced ignition of methane air mixture

Ignition of methane/air mixture by the passage of a shock wave is an important issue for understanding more details of its gaseous detonation. The experiments of shock-induced ignition of stoichiometric methane/air mixture were conducted on a shock tube platform, The reaction zone structure in weak and strong ignition cases were investigated by digital chemiluminescence imaging and planar laser induced fluorescence （PLIF） techniques. Due to smaller gradients in induced time in weak ignition, which provided more time to nonlinear chemical reaction process, the results show that the reaction structures are highly nonuniform in those weak ignition cases, which become more regular while induced shock waves become stronger. In strong ignition case, it gives a typical detonation structure. The characteristics of reaction zone released by single-pulsed OH PLIF technique agreed well with other experimental measurements in this paper and were also in accord with the conclusions of previous researches. The successful implementation of the PLIF system has explored a new high temporally and spatially resolved method for the study of interaction between shock wave and gaseous matter in shock tube.     

天然气/氢气/空气自燃着火过程的动力学特性

在定压条件下,基于GRI-Mesh 3.0机理(包含53种组分和325个基元反应),采用化学反应动力学模型,研究了在不同初始温度、压力和化学当量比等条件下,氢气掺混比例对天然气/氢气混合气体的自燃着火特性的影响。在仿真分析中,主要着眼于混合气体温度的变化,各主要组分浓度的变化,着火迟延时间的变化,以及火焰传播速度的变化等。研究结果表明:不同初始条件下,随着天然气掺氢比例的增加,混合气体的着火延迟时间明显缩短,火焰传播速度大幅提高,而对火焰温度影响较小。     

空气/水混合工质制冷循环理论计算

介绍一种混合工质制冷循环,以空气和水两种自然物质的混合物为工质,实现绝佳的环保性能.水的相变改善了空气的压缩和膨胀过程,同时又增加了制冷量,使循环具有很高的经济性.对循环进行了简单的热力分析,并在不同的给定条件下,对各点的状态参数和循环性能参数进行了理论计算.结果表明,在膨胀功充分利用的前提下,环保制冷循环的制冷系数COP=6~7.     

风向对后向进气装置外流场影响的数值研究

为探索船舶后向进气装置在行驶过程中受不同风向影响下的气动性能,采用三维数值模拟方法结合标准κ-ε模型,并通过Polyhedra多面体网格重组技术,在保证计算精度情况下,计算效率提高了3倍.计算结果表明,在保证百叶窗左、右两侧进气流量相仿时,后向进气装置气动参数差异变化幅度不大,较有利于避免燃气轮机进气畸变的产生,可为船用进气装置设计与改型提供一定的参考数据.     

微型管道内氢气催化燃烧的数值模拟

根据空间气相和表面催化详细化学反应机理,应用耦合计算流体力学软件Fluent和化学反应动力学软件Chemkin,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行数值模拟,并讨论不同反应模型的燃烧特性以及导热壁、管壁材料(Pt,Si和Al)、预混合气体入口速度和当量比等因素对催化燃烧反应的影响.计算结果表明:表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;在微型管道内,通过导热壁轴向间的传热,预热入口混合气体,使氢气燃烧更加充分;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;管壁材料和当量比对氢气的催化燃烧过程有重要的影响.计算结果为在微动力机电系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据.