微燃烧室内截面突变对氢氧预混燃烧的影响

针对微燃烧室内部氢氧预混燃烧过程,建立耦合氢氧气相反应动力学机理的数值计算模型,利用CFD计算软件,在试验验证的基础上得到了带截面突变微燃烧室内的燃烧特性,并分析了截面突变尺寸和入口流速对于燃烧过程的影响.结果表明:采用截面突变的结构使得氢气和氧气混合更充分,燃烧更完全,并能提高微燃烧室内的流体温度;增加截面突变的尺寸,可以增加混合气在微燃烧室内的驻留时间,即使在较低入口流速下也能获得较高的燃烧室内部温度;在较低流速下,增加截面突变的尺寸,微燃烧室内的高温区域更宽;入口流速的增加导致氢气转化率降低,燃烧室内截面突变有利于缓解入口流速增加引起的氢气转化率下降的趋势.     

弯管型微反应器内甲烷水蒸气重整制氢特性

为提高碳氢燃料的高效清洁利用,采用详细反应机理对弯管型微反应器内甲烷水蒸气催化重整制氢特性进行数值模拟,研究了速度、催化壁面温度、水碳(质量)比、隔板等因素对甲烷水蒸气催化重整反应特性的影响。结果表明,增加速度可降低甲烷重整反应;当温度T≤1 200 K时,可通过增加温度来提高甲烷的转化和氢气的生成,当T＞1 200 K以后,增加温度对甲烷重整反应起抑制作用;增加水碳比可提高甲烷转化率,却降低出口氢气质量分数。温度T=1 200 K、速度v=0.5 m/s、水碳(质量)比β=2时有利于甲烷重整反应的发生。     

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．     

液体燃料MILD燃烧的特性及其污染物的排放规律

为了探究液体燃料的中低氧稀释(moderate and intense low-oxygen dilution, MILD)燃烧的特性,采用数值模拟方法,分析了MILD燃烧过程中空气与燃料的入口条件对燃烧室烟气回流比、流场结构和污染物排放量的影响规律.研究结果表明：MILD燃烧室内流场结构对燃料与空气的混合起到决定作用;随着当量比的增加,燃烧室温度逐渐升高,CO的排放量逐渐增大,NO_x排放量也随之增大,当量比为0.9时,NO_x排放量达到峰值;随着空气入口速度的增加,燃烧室中心面温度分布均匀,没有明显的局部高温峰值点,NO_x排放量逐渐减小,CO排放量呈先减小、后增大的趋势,空气入口速度为110 m/s时的CO排放量最小;随着燃料入口速度的增大,燃烧室内峰值温度逐渐升高,NO_x排放量逐渐增加,CO排放量呈先减小、后增大的趋势.     

电厂天然气锅炉富氧燃烧数值模拟

对传统燃烧方式下和应用富氧燃烧技术(O2/CO2燃烧技术)时电厂天然气锅炉内的燃烧特性进行数值模拟研究.结果表明随着氧气浓度的增大,整个炉膛的高温区分布趋于集中,烟气温度增加,火焰分布更为集中,充满度也越来越差.当氧气浓度为25%时,炉膛内的温度分布和烟气辐射特性与传统燃烧方式下最接近.当氧气浓度由21%上升到40%时,炉膛内烟气温度得到较大幅度的提高,燃烧器所在截面温度上升300 K以上,火焰充满度变差.     

燃气涡轮发动机燃烧特性的数值模拟

运用计算流体动力学(CFD)对燃气涡轮发动机燃烧室内的燃烧特性进行了数值模拟,对燃烧室内的温度分布、污染物NO、生成物CO_2以及辐射强度进行了详细的分析对比.研究结果表明:在燃气涡轮发动机的燃烧过程中,初始条件下,在燃烧室的中部和尾部出现了高温区,在燃烧室的出口处生成了大量的NO,燃烧室内整体CO_2生成量较多,辐射强度呈现阶跃式升高的态势,在燃烧室出口处辐射强度最大;燃料浓度和氧气浓度降低时,燃烧室内的温度降低,NO和CO_2的生成量减少,从而使燃烧室内辐射强度大幅降低,且燃料浓度的变化对辐射传热的影响较大.     

微尺度环形燃烧室的燃烧特性

进行了不锈钢环形微燃烧器的氢气预混燃烧实验，发现在2mm间隙的微燃烧室内可以维持稳定燃烧. 测量了微燃烧器的燃烧运行界限，其最大过量空气系数可达到4.5. 获得了微尺度燃烧器的壁面温度场和出口烟气温度随过量空气系数的变化规律，发现微尺度燃烧器的最高温度出现在过量空气系数为0.9附近而不是在化学当量比1处. 计算了微燃烧器外壁面的散热量，微燃烧器的散热量占整个燃烧热功率的50％以上，且辐射换热在整个散热量中占主要部分. 针对这些特点，提出了减小热损失的建议，为微燃烧室和微燃烧/透平发电机的设计提供了科学依据.     

不同初始条件下页岩气层流燃烧火焰结构分析

应用Chemkin4.5中预混层流火焰速度模型,调节燃烧初始条件,针对页岩气层流燃烧的火焰结构开展了研究.探讨了页岩气层流燃烧时,初始温度、初始压力和氮气稀释度对页岩气反应物、生成物和自由基摩尔分数的影响,分析了H+OH基摩尔分数峰值和绝热火焰温度的变化规律.结果表明:当燃烧初始温度升高时,燃烧反应速度加快,H+OH基摩尔分数峰值提高,页岩气预混层流燃烧速度加快;燃烧反应速度随初始压力的增大而加快,自由基摩尔分数下降,由于反应速度的增加小于密度的增加,火焰传播速度下降;由于反应物裂解作用减弱,初始压力增大时,绝热火焰温度提高;氮气稀释度升高,空燃比提高,反应物、生成物和自由基摩尔分数下降,绝热火焰温度降低,燃烧速度下降.     

内置隔板对微通道内CH_4/air预混燃烧特性的影响

在微尺度燃烧室内布置隔板会引起内部流场和热传递的变化,为分析其对内部燃烧过程的影响,采用CH_4/air预混气进行预混合燃烧试验,对有无隔板2种情况下的着火界限和外壁面温度进行了测试.结果表明:相同CH_4流量下,由于散热量增大,隔板的增加会增大火焰进入通道时的空气量;隔板布置在出口时火焰更容易在燃烧室内传播,且在小流量下火焰的稳定性更好;隔板分割出的通道宽度为2 mm时,在所有当量比下均不能燃烧,隔板间距为4 mm的燃烧室内,火焰的稳定性较好;与采用不锈钢材料对比,采用Pt作为隔板材料能拓宽燃烧室的可燃界限、提高燃烧室外壁面上温度分布的均匀性.     

改性活性炭纤维负载锰铈复合氧化物低温选择性催化还原脱硝

采用Ce-MnOx/ACFN对烟气进行低温选择性催化还原脱硝实验,分别考察了活性炭纤维(ACF)改性、Ce-MnOx负载量和Ce/Mn摩尔比以及操作条件对脱硝效率的影响.在70～110℃条件下,Ce-MnOx/ACFN作为选择性催化还原脱硝的催化剂具有良好的活性,其脱硝效率随烟气温度升高而升高.催化剂载体活性炭纤维经硝酸改性后脱硝效率有明显提高.随着Ce-MnOx负载量增加和Ce/Mn摩尔比增加,脱硝效率先升高后降低.随着入口烟气NH3/NO摩尔比增加,脱硝效率先升高后趋于稳定.当入口烟气中水蒸气体积分数大于8%时,脱硝效率随其增加而降低.     

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...     

运行参数对微型内燃机微燃烧特性影响机理分析

微型内燃机微燃烧过程对当量比和转速变化非常敏感,采用层流有限速率模型和甲醇氧化反应机理对其预混层流微燃烧过程开展仿真研究,探讨当量比和转速对微燃烧特性的影响规律及临界运行参数。在此基础上,提出采用热着火理论和化学反应动力学理论探索当量比对微燃烧特性的影响机理。结果表明仿真与实验比较吻合。当量比从0.6增加到1.1时,燃烧速率增加,压力和温度增加,压力最高值增加约1.5E+6Pa,温度最大值增加约1 300K,此后随当量比增加,燃烧速率减小,压力和温度减小。研究还进一步揭示了当量比影响微燃烧特性的机理:稀燃区当量比主要通过温度变化来影响微燃烧特性,随当量比增加,燃料浓度增加,燃烧释放的总热量增加,所以温度和压力增加,燃烧速率增加;浓燃区当量比主要通过氧气量变化来影响微燃烧特性,当量比越大,氧气量越不足,基元反应速率越小,所以燃烧速率越小,温度和压力越低。转速越高,燃烧时间越短,燃烧越不充分,所以温度、压力越低。受微燃烧相对热损大、驻留时间短的特征影响,微型发动机实现完全燃烧的运行区域较窄,其实现完全燃烧的稀燃极限约0.9,最高转速约6 000r/min。这在设计微型内燃机时值得关注。     

超低浓度甲烷气体催化燃烧数值模拟

使用FLUENT软件对超低浓度甲烷气体在壁面涂有Pt/Al2O3催化剂的蜂窝型燃烧器微通道中的催化燃烧情况进行数值模拟,计算分析入口甲烷浓度,催化壁面温度以及燃料入口流速对甲烷转化率的影响。结果表明,随着入口甲烷浓度的增大,催化壁面温度的升高和燃料入口速度的降低,甲烷转化率会增大。当燃料入口流速为0.1m/s,甲烷体积浓度为1%,壁面温度为950K时,甲烷转化率可以达到97.0%。     

基于化学链制氧的加热炉富氧燃烧系统构建及分析

基于化学链制氧原理构架了加热炉富氧燃烧系统,以解决富氧燃烧氧气来源问题.通过对Co₃O₄氧解耦特性的研究,分析构建系统的可行性.结果表明:Co₃O₄释氧反应平衡氧的体积分数随温度升高而急剧增大,当反应温度为900℃时,平衡氧的体积分数为29.6%;烟气中CO₂,H₂O等成分不会对Co₃O₄释氧过程产生影响;随Co₃O₄与烟气物质量的比的增大,烟气中氧气的体积分数逐渐增大,当物质量的比为1∶1时,950℃下氧气的体积分数可达24.5%;考虑实际生产过程,产量为32t/h的蓄热式轧钢加热炉,富氧率为4%时,Co₃O₄填充量为3.4t.     

直流燃烧器参数对氧煤燃烧特性的影响

以Φ200 mm×2 m的火焰炉为对象,借助软件FLUENT研究了在O_2/CO_2气氛下燃烧器射流动量比和射流间距的改变对炉内流场特性和燃烧特性的影响.结果表明:当射流动量比由28增至66时,烟气内循环率峰值呈现先增大后减小的趋势,混合区烟气内循环率的整体水平是在射流动量比为48时最大;随着射流间距的增大,Oxz轴面回流区向下游偏移,且氧气质量分数高于10%的区域逐渐缩小,燃烧峰值有所降低,当射流间距增至75mm时,Oxz轴面回流区的范围明显缩小,反应区氧气体积分数回升,使得燃烧峰值升高.同轴射流方式下的燃烧峰值最高,约2 200K,仅当射流间距为60mm工况下的炉膛燃烧最大温升小于煤粉的着火温度(790 K),即可实现氧煤MILD(moderate or intensive low oxygen dilution,温和)燃烧.     

煤焦燃烧特性与其脱硝效率间的关联实验研究

采用神木烟煤在高温氮气气氛下制备煤焦,并探讨了不同的氧气体积分数及取样位置下煤焦脱硝与燃烧间的关联.结果表明:煤焦脱硝效能的最大发挥主要可通过再燃区氧气体积分数的调控来实现.当再燃区氧气体积分数低于3.26%时,控制氧气体积浓度在煤焦表面实现表面氧化反应控制下的燃烧状态,能促进煤焦颗粒大幅升温,同时通过限制着火强度可以保证颗粒表面存在氧化反应生成活性点所需的足够氧气,此时适当延迟取样有利于煤焦脱硝效率的提高;当再燃区氧气体积分数高于3.26%时,易导致煤焦进入表面还原反应控制燃烧状态,过多延迟取样则将失去强化脱硝的效果.     

湿度变化对双旋流合成气非预混燃烧特性的影响

利用平面激光诱导荧光(PLIF)、高温细丝热电偶及红外气体分析仪对不同空气湿度下的双旋流合成气非预混燃烧流场进行了实验研究.实验结果表明,随着空气湿度的增加,合成气火焰的基本形态已经发生很大变化,燃烧室中心轴线处OH自由基浓度越来越低,荧光信号强度明显变弱,火焰根部逐渐出现W型分布特征,燃烧室排气温度缓慢下降;当空气加湿量φ(空气中水蒸气体积与干空气体积之比)为0~30%时,CO排放量变化不大,但是当φ=40%时CO排放迅速增加,而当φ=50%时,CO排放已经不稳定,燃烧振荡,容易熄火.此外,NOx排放随着φ增加下降明显,但是当φ20%时,NOx排放的下降趋势会变慢,继续增加水蒸气对NOx排放的影响不大.     

焙烧炉新型燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种用于焙烧炉的新型燃烧器的燃烧过程建立了二维旋转轴数值计算模型,采用数值模拟的方法研究了燃气入口速度和喷口与喉部直径比对其燃烧特性的影响.结果表明,燃烧室内最高温度随燃气入口速度增大而升高.当燃气入口速度一定时,随喷口与喉部直径比的增大,火焰形状由梨状变为燕尾状,燃烧室内最高温度先降后升.火焰长度随燃气入口速度的增大而增长,随喷口与喉部直径比的增大而缩短.     

石油焦燃烧过程中影响多环芳烃生成的因素分析

利用管式炉层燃方式研究了燃烧温度、气氛等不同条件对高硫石油焦燃烧过程中多环芳烃(PAHs)生成及其分布的影响,探讨了石油焦特性对生成PAHs种类的影响。研究结果表明,石油焦在空气中燃烧PAHs的生成总量随着实验温度(600～900℃)的升高先增加后降低,在700℃时达到最大值。石油焦在氮气中热解时,PAHs生成规律也是随温度升高先增加后降低,在800℃时达到最大释放值。不同反应温度和气氛下释放的PAHs均以低环芳烃为主。相同燃烧条件下,随着石油焦挥发分质量分数的增加,PAHs生成量总体呈现增加趋势;石油焦中硫元素质量分数的增加会使PAHs生成量减少;随着石油焦中碳元素质量分数的增加,PAHs生成量呈现先降低再增加的变化趋势。     

气液双燃料燃气轮机燃烧室混合燃烧特性研究

为解决双燃料燃气轮机燃烧室中的混合燃烧问题，对某原型燃油燃烧室进行了双燃料混合燃烧的数值模拟。通过模拟实验可知，在2种燃料混合燃烧的过程中，不断降低的液体燃料流量以及雾化压力导致的液体燃料雾化特性恶化以及气体燃料不断升高的喷射速度在径向上压缩液体燃料雾化空间是影响燃烧室混合燃烧性能的主要原因。在本文计算的混合燃烧过程中，燃烧室性能变化存在临界点，随着气体燃料占比增加，燃烧室火焰先缩短后延长，燃烧室出口温度分布系数（OTDF）先降低后升高，两者均在气体占比40%时达到最佳，而燃烧室液体燃料雾化质量、出口平均温度、效率均逐渐下降，且在气体燃料占比为70%时下降幅度最大，但在气体燃料占比100%时上升。