微型热光电系统中的微燃烧室研究

微型热光电TPV(thermo photovoltaic)系统是一种新型的微动力系(Power MEMS)，微燃烧室是微型TPV系统中最重要的部件之一．为了获得较高的电能输出，希望燃烧室壁面的温度高且分布均匀．由于微燃烧室面容比大，热损失显著增加，这会导致着火困难并使火焰淬熄．为了分析微燃烧室中燃烧的可行性和确定有关影响因素，对不同材料、不同结构的微燃烧室在不同工况下进行了实验．结果表明，在一定的流量和混合比范围内，可以在微燃烧器内维持稳定的燃烧，并在燃烧室壁面形成均匀分布的高温．     

微热光电系统燃烧室内突扩台加工位置的选择

通过实验找出微热光电系统燃烧室在最优影响因素下的各测温点的温度值,用灰色系统理论对其建立灰色预测模型,预测最高温度值所处位置.由普朗克定律可知:温度值的高位变动对辐射力产生的影响要比低位变动大.突扩台加工位置从壁面温度的最高点处开始,既增加了微热光电系统燃烧室外壁面最大温度值,又减缓了壁面温度的最大值到出口处的温度分布,对提高微型热光电系统的热电转化效率有显著作用.     

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.     

油膜厚度测量技术的研究——油膜雾化燃烧机理研究之一

本文研究了柴油讥燃烧状态下燃烧室壁面上油膜厚度的测量，解决了传感器制 做、测量信号引出、测量燃油制备、定标装置制做、测量电路设计等一系列技术问 题，成功地测量出了柴油机燃烧状态下燃烧室壁面上的油膜厚度。这对于了解油膜在 燃烧室壁面上的形成。分布及蒸发规律，以便更好地组织油膜雾化燃烧具有很大的实 用价值．     

微型热光电系统燃烧器结构对燃烧过程的影响

强化微燃烧器内部燃烧过程,对提高微型热光电系统能量输出和实现较低排放有重要的意义,为实现这一目的,本文进行了不同结构尺寸的微燃烧器的燃烧试验。研究结果表明:改变微燃烧器形状,能够改善燃烧器内部燃烧反应过程,从而提高微型燃烧器的外壁面温度和辐射强度,并且能够降低排放;在试验的燃烧器结构中,平板1型具有较高壁面平均温度和较低的CO、HC排放。     

Computational and experimental study on TR combustion system of diesel

一种应用在135柴油机上的新型燃烧系统TR(Three-Rapidity),是由收口深坑ω形燃烧室改进而成,在壁面设置导向圆弧,并与带中孔的多孔喷嘴相匹配.应用STAR-CD软件对TR燃烧系统在50%负荷下的工作过程进行三维数值模拟,并与原机燃烧系统相比较.结果表明,TR燃烧系统的着火点控制在上止点附近,增加了预混合燃烧的比重.采用导向圆弧、缩口燃烧室和中孔喷射,气流运动更加剧烈,燃油空间分布合理,空气利用充分,减少壁面散热损失,并具有良好的冷启动性能.在135单缸柴油机上进行试验研究,和原机相比TR燃烧系统具有良好的烟度排放特性,NOx排放在中小负荷低于原机排放,在高负荷则有所增加,可通过推迟喷油来解决.TR燃烧系统在降低柴油机排放方面具有较大的潜力,对原机结构改动较少,具有广阔的应用前景.     

基于FEM及KIVA的内燃机耦合部件传热建模

为了更为准确地对内燃机耦合部件三维燃烧过程进行模拟,开发了一种内燃机燃烧室耦合部件三维传热有限元法（FEM）计算程序.建立了内燃机气-固传热模型;通过将该模型应用于KIVA程序,可获取用于有限元计算的燃烧室壁面的三维瞬态燃气温度分布及对流换热系数分布.以汽油机LJ377MV为例,计算了内燃机耦合部件的稳态温度场及瞬态温度场,结果表明：壁面附近瞬态温度边界条件的不均匀性对内燃机耦合部件稳态温度分布及瞬态温度波动有着重要影响.     

伞帘喷雾燃烧系统喷雾特性的试验研究

柴油机伞帘喷雾燃烧系统通过喷嘴与特殊燃烧室的配合,主要依靠燃油喷雾与壁面的相互作用来促进混合气形成和燃烧,在载油泵试验台上,应用闪光摄影法,研究了压力容器内该燃烧系统的宏观喷雾特性,试验结果表明,中心喷雾碰撞燃烧室底面平台后形成准伞状喷雾,侧向喷雾碰撞燃烧室侧面凸缘后形成帘状喷雾。无论是否存在壁面限制,侧向喷雾锥角变化的总趋势是经过较短时间的减小后达到稳定。喷雾碰壁过程中的侧向喷雾锥角稳定值小于相     

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．     

小型航空发动机燃烧室热辐射环境数值模拟

发动机燃烧室中高温气体和粒子对内壁面的辐射传热占总传热量很大一部分,对发光火焰来说能够达到总传热量的80%,有关资料表明发动机燃烧室内气体和炭黑辐射热流能达到2.3×10~5W/m~2,所以在先进航空发动机燃烧室的设计中需要可靠的数值仿真支持。文拟对某小型航空发动机燃烧室结构进行适当简化,并利用商业软件FLUENT数值仿真方法计算其典型工况下燃烧室内温度、组分浓度场以及壁面热流,对计算结果进行对比分析,结果表明在发动机燃烧室中考虑燃气的辐射效应使得燃烧室内最高温度降低了5%以上,使得流场的温度梯度降低,对其他各物理量的分布也具有重要的作用。     

内燃机涡轮增压-燃气动力发电系统燃烧室设计

为发展车载辅机电站技术,考虑到车用涡轮增压器的结构特点,优选设计了一种逆流式单管燃烧室和径向式旋流器. 对燃烧室内部流场进行了数值模拟计算,讨论了旋流器叶片安装角和主燃孔数目对回流区的影响规律,据此对初步设计方案进行了改进. 试验结果表明所设计的燃烧室效率为0.982,出口温度分布系数和不均匀系数分别为0.163和0.094,燃烧性能稳定,可以满足系统的性能要求.      

燃气涡轮增压系统燃烧室设计

根据燃气涡轮增压系统结构要求,提出了一种新型滚流回流燃烧室结构,通过CFD数值模拟,研究其内部温度场和出口温度分布情况,确定了燃烧室的主要结构参数.采用粒子图像测速仪（PIV）测量燃烧室内筒头部的冷态流场,证明燃烧室头部存在滚流回流区,能够形成稳定的火焰区.在燃烧试验中,进行了贫油点火和贫油熄火试验研究.结果表明在一定流量范围内,文中燃烧室贫油点火及贫油熄火油气比均随进口马赫数的增大而增大;将文中燃烧室与外形尺寸相近的旋流进气燃烧室的总压恢复系数对比,结果表明相同的流量下文中燃烧室的总压恢复系数平均提高约2%.      

燃料电池-燃气轮机混合动力系统的燃烧与系统性能分析

对熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机（Molten Carbonate Fuel Cell/Micro-Gas Turbine, MCFC/MGT）混合动力系统中催化燃烧室(Catalytic Combustion Burner, CCB)的反应特性及影响因素进行了分析,并基于燃气轮机的设计方法进行了混合动力系统的设计.在对催化燃烧室的数值模拟中采用了塞子流模型及CH4在催化剂Pt上的详细反应机理,在实验中对3种不同催化剂的反应特性进行了分析.混合动力系统设计中,以燃料电池的温度为限制条件,采用基于现有燃气轮机对燃料电池进行匹配的设计方法,确定了混合动力系统的设计点参数.分析结果表明,所建立催化燃烧室模型可以反映燃烧室的特性,以钙钛矿和金属氧化物为助剂的催化剂活性要比贵金属的差,基于燃气轮机设计的混合动力系统虽然效率低但更具有实际意义.     

差速循环流化床的数学模型研究

介绍了差速循环流化床,即利用不同气速下飞灰携带率的差异,使燃烧室内具有３个不同的气速区,形成飞灰在燃烧室的内循环,构成差速内循环。针对差速循环流化床的结构及特有形式,采用小室模型的方法,对炉内煤的燃烧及其物理、化学反应过程进行了相应的仿真计算。模型结构为模块化方式,分为流动、传热、燃烧及求解等部分;而差速循环流化床的模型又可作为一个整体模块,成为联合循环系统的一部分,为其性能预测及结构设计提供仿真计算。清华大学热能工程系根据现有技术及锅炉设备于１９９２年提出差速循环流化床的构想并获得了专利。     

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...     

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.     

空气槽对微型Swiss-Roll燃烧器工作特性的影响

为了解空气槽对平板微型Swiss-roll燃烧器工作特性的影响,采用甲烷-空气预混气,在带有空气槽和没有空气槽的平板Swiss-roll燃烧器中进行燃烧实验,得到了不同甲烷流量时两种燃烧器的熄火极限和壁面温度.结果表明:甲烷-空气预混火焰能够稳定在两种燃烧器的中心;空气槽的存在有助于扩展微燃烧器的可燃极限,使燃烧器在更大的空气过量系数和更小的甲烷流量下工作;有空气槽的燃烧器中心壁面与边缘壁面存在较大的温度梯度,而没有空气槽的燃烧器外壁温度相差不大,更适合作为平面热源.     

新型等离子体点火燃烧筒研究

以装有150kW等离子体发生器的某等离子体点火试验燃烧器为例,应用数值模拟的方法对等离子体点火燃烧器的稳燃性能进行了研究,并提出了一种新型的径向/切向进风等离子体点火燃烧筒.研究结果表明,一次风速(风粉气流流速)、等离子体气流的穿透区域和煤粉浓度等是影响等离子体点火过程及煤粉着火燃烧的主要因素.径向/切向进风可以在燃烧筒内形成多向回流和旋流,使得风粉气流在燃烧筒内不仅有轴向速度,而且还有径向和切向速度,改变了轴向进风气流运动的单一性,增加了煤粉气流在筒内的停留时间,着火区域扩大,火焰充满度好,有利于燃烧筒内的稳燃.     

脉动燃烧器及其尾管传热分析

开发研制了Helmholtz型膜片阀式脉动燃烧器及其实验数据采集系统,脉动燃烧器的功率为25KW,以液化石油气为燃料,其工作频率从60-105Hz可调,研究了脉动燃烧器燃烧室内压力及其尾管传热特性,结果表明,脉动流传热系数是非脉动流传热系数的2.5-3.2倍。