多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.     

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。     

AVC预混燃烧流动特性的数值模拟

为探究先进旋涡燃烧室内湍流燃烧流动特性,应用预混燃烧模型,对燃烧室内燃烧及流动过程进行了数值模拟。得到了燃烧室内温度场及流场的分布情况。分析了不同燃气当量比、燃气速度和燃气温度对燃烧室预混燃烧流动的影响规律。结果表明:燃烧室内凹腔及后钝体回流区是主要燃烧区域,主燃区可形成均匀对称的旋涡对;不同工况参数对燃烧室内温度、组分和流场分布有影响。凹腔内温度随进气速度增大而增加,燃烧室内温度和出口径向温度随燃气温度增大而增大,且在不同工况下,凹腔内都能维持较高的点火温度。     

预混合燃烧系统中多孔介质作用数值研究

根据气固两相局部非热平衡假设,建立了混合气在惰性多孔介质中预混合燃烧的一维数学模型,研究了不同情况下甲烷-空气的预混合气在多孔介质中燃烧时的温度分布和燃烧速率,并与自由空间中相应的值进行比较．结果表明,多孔介质的存在可以扩展混合气的燃烧极限,明显改善了燃烧室的换热性能,强化了对新鲜混合气的预热,降低了热量损失;在多孔介质中混合气的燃烧温度和燃烧室的温度明显升高,反应区厚度和燃烧速率显著增大．数值结果与其他研究者的实验结果是一致的．     

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.     

内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的启动和贫燃特性

在常规尺度Swiss-roll燃烧器的中心区填充多孔介质,并对其进行实验研究.通过监测燃烧器的温度和燃烧产物的变化,分析了燃烧器在不同条件下的点火启动过程特性,并得到了燃烧器的贫燃极限.结果表明:相比于在入口处点火,在中心区点火启动时达到充分燃烧的时间更短,多孔介质的温度分布更均匀;多孔介质材料性质和预混气流量对启动特性影响很大;在中心区温度为950～1200K时,可处理1.3%的天然气/空气预混气.说明该燃烧器能显著拓展燃料的贫燃极限,对低热值气体具有良好的适用性.     

有机固废热解气MILD燃烧的数值分析

热解气的MILD燃烧是有机固废高效转换利用的关键技术之一。与传统单组分气体相比,固废热解气组分复杂、热值低、燃烧稳定性差。为提高固废热解气的高效清洁利用,采用数值模拟的方法,研究了不同燃料、空气过剩系数和空气入口截面积对固废热解气燃烧特性的影响,以及MILD燃烧形成条件。研究结果表明:相比单一组分甲烷,固废热解气由于高氢气含量使燃烧过程超前,且峰值温度高,温度场分布不均匀;改变燃烧室进口的配风条件对燃烧过程具有明显的影响,随着过剩空气系数的减小,燃烧室内的峰值温度有所下降,整体温度水平上升,温度分布变得更为均匀,但同时高温区的范围也明显增大,导致出口处NO排放量增加;在较低的过剩空气系数下,空气入口截面积的减小可以降低燃烧室内的峰值温度,温度分布均匀性得到有效提高,出口处NO含量会降低到0.003%以下,从而实现固废热解气的MILD燃烧。     

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．     

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.     

汽油机缸内直接喷射周向分层燃烧系统的实验研究

开发了一种新型的汽油机缸内直接喷射周向分层燃烧系统，详细分析了影响着火和工作稳定性的各个因素。对这些影响参数优化后实测了发动机的性能，并对发动机在各种工况下的燃烧特性进行了分析和比较。     

基于准维多区模型的DME发动机燃烧数值模拟

提出了一种基于准维多区模型的直喷式二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟方法,其中喷雾模拟考虑了燃油分布、液滴蒸发和空气卷吸对喷雾混合的影响。自燃着火过程的模拟以二甲醚着火反应机理为基础,建立了计及温度、压力和燃空当量比因索的着火滞燃期数据库,通过将该数据库与准维多区喷雾混合模型相耦合,对二甲醚发动机的性能和一氧化氮排放进行了预测分析．实验结果表明,模拟计算结果与实测数据符合较好．     

双层交错布置多孔喷嘴设计与仿真研究

针对高喷射压力下传统喷油嘴喷雾的碰壁比较严重以及传统多孔喷嘴喷雾之间易相互干扰等问题,设计了一种具有上下2层交错布置的多孔喷油嘴,阐明了双层交错布置多孔喷嘴的结构和理论依据,建立了喷雾及燃烧排放模型,研究了双层交错布置多孔喷嘴的喷雾特性及其结构参数对共轨柴油机燃烧与排放性能的影响.喷雾特性仿真表明,与传统喷油器相比,双层交错布置喷油嘴具有较短的喷雾贯穿距和更好的燃油空间分布特性.双层交错布置喷嘴的结构参数对高压共轨柴油机的燃烧过程和排放性能的影响研究表明,上层喷孔的喷射夹角采用大喷射夹角或下层喷孔采用小孔径,都可以使柴油机的燃烧及排放性能得到进一步改善.     

多重射流气相燃烧反应器内三维流场的数值模拟

采用标准的k-ε湍流模型、EDC(涡耗散)燃烧模型和DO(离散坐标)辐射换热模型对多重射流燃烧反应器内的流动及燃烧状况进行了三维全尺寸数值模拟。研究了不同工艺条件下燃烧反应器内温度、速度以及各反应组分的分布状况,考察了燃烧反应器径向温度分布等参数对最终颗粒尺寸、形貌特征的影响规律,并与同工艺条件下实验结果进行了验证,数值模拟与实验结果吻合良好。所建立的数学模型为燃烧反应器结构设计和工艺条件优化提供了依据,同时模拟结果也为纳米颗粒成核生长过程的研究提供理论依据。     

内燃机燃烧分析仪的开发与应用

为了测录内燃机缸内的压力及温度,开发了一种内燃机燃烧分析仪,该分析仪由国产高速数据采集卡及自行开发的控制软件组成,它不仅能精确设置每度曲轴转角内采样点的个数和采集循环数,而且在采集过程中能实时计算和表征内燃机工作过程的压力升高率、平均指示压力、循环变动率、放热率等参数。经实际使用以及与国外产品相比表明,此分析仪具有全中文界面、价格低、操作简单、使用维护方便、功能便于扩充等优点。     

城市生活垃圾可燃成分燃烧特性热重分析

通过热重分析仪研究城市生活垃圾单组分试样以及混合试样的燃烧特性,分别确定各试样的着火温度、燃尽温度及综合燃烧特性指数,并通过燃烧动力学分析得到各试样的活化能.垃圾在燃烧过程中表现为热解小分子气体的燃烧过程和剩余的固定碳燃烧过程.纸、织物燃烧猛烈,但持续时间短,塑料燃烧持续时间最长,最耐烧.尽管峰值有一些改变,各单一成分的燃烧特性在混合试样的燃烧特性曲线上均有所体现.     

LNG发动机低速工况下瞬态燃烧过程试验研究

对一台增压、液化天然气(LNG)发动机低速工况下的瞬态过程进行连续检测,将实测的瞬态缸压曲线进行二次处理,得出表征缸内燃烧过程的特征参数,在此基础上剖析了诸多瞬态燃烧特征参数的内在联系以及对LNG发动机性能的影响.结果表明,50%燃烧点位置随循环数变动范围约为5 oCA,其波动主要是由燃烧始点的变化引起的,50%燃烧点和燃烧始点的峰值(或谷值)相互对应;50%燃烧点的峰值对应着最高压力升高率和最高爆发压力的谷值,反之则相反.10%~90%燃烧持续期的变化范围为30~45 oCA,它随循环数上升是导致LNG发动机IMEP和NMEP下降的主要原因之一.燃烧特征参数的波动,主要归咎于燃烧始点的不稳定.实现对燃烧始点的精准控制,是保证LNG发动机在低速高增压瞬态过程具有较好工作稳定性的前提.     

煤粉预热燃烧特性及动力学分析

实验利用热重天平,采用非等温燃烧方法研究了国内某炼铁厂高炉喷吹的典型煤粉预热后燃烧特性及反应动力学参数。考察了煤粉在423,473,523,573,623,673,723,773K温度等级下,煤粉试样的燃点、燃烧峰值温度、结束温度、综合燃烧特性指数(G)、燃烧峰值速率等动力学特征参数,计算了煤粉燃烧过程的活化能(E)和指前因子(A)。分析结果表明,北区煤粉在423~773K不同温度等级燃烧过程中,着火点温度最多下降了240K,失重峰温度最多提前了263K,最大燃烧速率最大幅度提升了1.29倍,燃烧特性指数最大为29.8倍;从动力学角度分析出两段热解活化能和指前因子之间均存在良好的线性拟合关系,煤粉燃烧为一级反应;煤粉有明显预热效果温度应不低于673K。