低热值气体燃料的燃烧特性分析

考虑到低热值燃气的热值和成分均不稳定,对低热值气体中所含有的可燃气体H2,CO,CH4的燃烧特性进行了研究,在理论上提出了一种可行性解决方法,即:燃气轮机在燃烧低热值气体燃料时,可以根据可燃气体成分的变化情况,添加一定量的H2,CO,CH4中的一种或几种,使燃烧可以稳定进行.同时也列举出了燃气轮机燃烧低热值气体所存在的其它问题,并提出了可行性解决方法.     

基于可变压缩比技术大功率低热值气体燃料发动机性能优化

为充分利用低热值气体燃料以缓解能源危机带来的压力,改善大功率低热值气体燃料发动机的燃烧过程和热效率,建立了大功率低热值气体燃料发动机的热力学循环仿真模型。研究了可变压缩比对发动机各负荷下性能和燃烧过程的影响规律,并对各工况下的压缩比进行数值优化。结果表明:大功率低热值气体燃料发动机应用可变压缩比技术,可以使发动机适应不同成分和理化性质的低热值燃料。部分负荷工况下,可以使发动机压缩比大幅提高,提高部分负荷下混合气压缩效果,改善了发动机的燃烧过程。应用可变压缩比技术,在中等负荷工况下热效率改善效果在4%~8%左右,小负荷较高转速下,热效率改善效果接近10%。可变压缩比改善了大功率低热值气体燃料发动机的热效率,为充分利用低热值气体燃料奠定了理论基础。     

低热值气体燃料掺氢火焰稳定性的研究

基于直接数值模拟方法和详细化学反应机理研究了流体动力学不稳定性和热-质扩散不稳定性共同作用下的低热值气体燃料掺氢胞状火焰的发展和演变过程.建立了多组分气体燃料燃烧控制方程,获得了不稳定性作用下的低热值气体燃料掺氢胞状火焰的多种演变形式:胞的分裂、局部熄灭、二次熄灭和再燃.研究结果表明随着燃料中H2的增加,胞状火焰出现的时间提前,火焰胞的幅值增加.随着燃料中CO2的增加,火焰的不稳定性受到抑制.低热值气体燃料掺氢火焰在不稳定时会出现火焰胞的分裂、局部熄灭和再燃等3种动力学形态.胞的二次熄灭只发生在热-质扩散不稳定性较强的稀燃H2/空气火焰中.     

稀释对射流扩散火焰抬举及吹熄特性影响的实验研究

以低热值气体燃料的燃烧利用为背景,以N_2或CO_2稀释的甲烷或丙烷及内径2mm或3mm的喷管作为多重变量,实验研究了射流扩散火焰的抬举速度及吹熄速度随燃料稀释比的变化规律.结果发现,随着稀释比的增大,火焰抬举速度近似呈线性缓慢减小,吹熄速度近似呈指数快速衰减.分析表明,这主要归因于稀释导致了当量混合层流火焰速度、初始燃料质量分数及燃烧放热的减小,并对低热值气体燃料的燃烧器设计提出了建议.此外,大于临界稀释比时,附着火焰随射流速度的增大不能转变为稳定的抬举火焰而会发生直接吹熄,依据甲烷和丙烷临界稀释比对应的射流雷诺数推测出二者的临界稀释比可能受不同机理的控制.     

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。     

低热值气体燃料层流燃烧特性

在定容燃烧弹中开展了当量比、燃料组分、初始压力对低热值气体燃料层流燃烧特性影响的试验研究,建立了准维双区模型,基于在定容弹内实测的压力曲线,计算了规范化质量燃烧率.研究结果表明:燃料中氮气比例的增加导致压力峰值降低,火焰发展期和燃烧持续期增长;化学计量比附近的燃料燃烧进行的较充分,压力峰值最高,火焰传播速率最快,燃烧持续时间短;初始压力的增加使质量燃烧率下降,燃烧持续期有所延长.     

火焰特征综合教学实验台的研制

燃烧学课程是热能动力工程专业核心课程之一,实验教学是辅助学生对燃烧理论的理解和解决工程实际问题方法掌握的重要手段,是该门课程的重要组成部分。根据气体燃料燃烧火焰形成、传播及稳定的基本原理设计研制了火焰特征综合教学实验台。该实验台可进行气体燃料燃烧火焰结构实验、火焰温度分布测定实验、火焰分离、本生灯火焰传播极限测定以及管内火焰传播速度测定等多个实验。通过开设这些实验可加强学生对火焰形成、火焰稳定、火焰传播等理论的进一步理解。     

气体-柴油双燃料发动机动力性分析

针对可燃气体的存在有可能使发动机由于空气不足而使燃料不能充分燃烧，发动机动力性、经济性下降的问题，分析了气体燃料成分及性能参数，推导了气体-柴油双燃料发动机与柴油机相比的动力性变化计算公式．采用了气化炉热解气化各种农林废弃的生物质产生生物制气，由单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装了双燃料发动机，生物制气通入发动机进气管，在进气过程中吸入气缸，由柴油引燃．测量了机刨花热解制气双燃料发动机不同引燃柴油量时的发动机动力性，理论分析结果与试验结果吻合较好．分析结果表明，燃气低热值减少，气体-柴油双燃料发动机动力性变差；引燃柴油量减少，气体-柴油双燃料发动机动力性也变差．     

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.     

低热值煤气高温空气燃烧数值模拟

采用κ-ε湍流双方程模型、PDF燃烧模型以及离散坐标辐射传热模型，对低热值煤气高温空气燃烧过程进行了计算机辅助模拟试验，比较了不同预热温度和不同过量空气系数对低热值煤气燃烧过程的影响，为低热值煤气蓄热式双预热烧嘴的研制提供了理论指导。     

电控燃料喷射大功率气体发动机的试验研究

针对大功率气体发动机的进气管回火和扫气过程燃料流失等问题,建立一种气体燃料电控喷射装置,进而实现大功率气体发动机的燃料多点顺序间歇供给。搭建发动机试验平台进行发动机启动、怠速稳定性、各缸均匀性调整以及增减负荷的试验。结果表明,气体燃料电控喷射装置可以有效地实现燃气量的实时独立调节,发动机运行平稳,验证了技术的可行性。通过应用气体燃料电控喷射装置,增大发动机扫气重叠角和提高压缩比,可进一步改善发动机性能。     

煤炭开采利用环境问题及洁净煤技术应用

洁净煤技术是高效、洁净的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制的技术。通过加工可减少煤的硫分、灰分;通过洁净、高效的燃烧可显著减排大量的SO2及一定量的CO2;通过转化可把煤转化为清洁的液体、气体燃料,使煤炭得到清洁的利用。     

可燃性气体临界燃烧爆炸的非平衡统计模型

本文给出了一个模拟可燃性气体燃烧反应的自催化非平衡统计模型,该模型能够基本描述可燃性气体稳定燃烧和失稳爆作的反应过程.引用对该模型稳定性分析的结论,具体分析了该模型稳定燃烧和爆炸转换的临界条件和两种特例,并讨论了其临界爆炸机理.     

火驱燃烧状态判定试验

在火烧油层的燃烧过程中需要监测油、气、水的变化。为了充分利用监测数据,在室内燃烧管试验的基础上,监测产出气体随时间的变化,引入氧气含量导数和气体指数(产出废气实际值与理论值之比)的概念,利用产出气体组合曲线结合火烧油层机制对火烧油层过程进行阶段划分,考查各阶段的特征。结果表明:火烧油层过程可划分为通风、点火、稳定、衰减、熄灭5个阶段;产出气体组合曲线可以作为判断火烧油层燃烧阶段和燃烧状态的依据;在火烧油层稳定燃烧阶段,产出端气体指数一般为0.66～1,低于0.66则燃烧状况不好,甚至灭火;该分析方法简单可行,所得结果与现场资料吻合良好。     

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.     

高压环境下高炉煤气化学反应机理敏感性分析及机理简化

为了解决数值研究过程中缺乏适用于高压条件下高炉煤气简化机理的问题,利用敏感性分析方法、借助一维层流预混反应器模型,分析了各基元反应对燃烧速率的影响程度。通过选取敏感性较大的反应并修正其在高压条件下的反应动力学参数,将详细反应机理简化为一套适用于常压至3 MPa燃烧环境下的18步简化机理。采用简化机理、GRI3.0机理和Davis机理分别对层流火焰速度、点火延迟和组分摩尔浓度等参数进行了计算并与实验数据进行了对比。结果表明,在常压及高压条件下18步简化机理获得的计算结果与实验结果吻合较好,其为高压条件下高炉煤气等低热值气体燃烧特性的数值研究奠定了基础。     

燃烧冶金煤气锅炉热力试验和计算的特点

在钢铁企业中有大量的高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等可燃副产品．用这种燃料的锅炉,其热力试验和热力计算有若干特点,如高含氮量的气体燃料过量空气系数的算法,气体燃料特性系数出现负值,将给定燃料的热量份额换算成体积份额,试验中多个取样断面等．文中结合上海宝山钢铁集团公司工业锅炉的燃烧调整试验加以分析,对数量众多的燃烧冶金煤气锅炉的试验或计算是有参考意义的     

高能气体压裂用液体药点火与燃烧研究

高能气体压裂用液体药能够被点燃的点火压力、．点火热量以及能够形成其稳定燃烧的上述两个参数是液体药用于油气井高能气体压裂的两个重要参量．本文周密闭爆发器装置，用硝化棉药粉和双芳－３火药做为点火药，通过调整点火药量，得出了高能气体压裂用液体药的点火压力为５０ＭＰａ以上和点火热量及形成其稳定燃烧的点火压力和点火热量．并且得出了液体药能够被点燃的点火药为液体药的２０％．对液体药高能气体压裂现场施工设计选择点火药具有重要参考的价值．     

电场与燃烧耦合研究进展

 为了提高能源转换效率、降低燃烧副产物的排放,利用电场增强燃烧、控制燃烧火焰特性已逐渐引起研究人员的注意.本文从竖向、横向(即径向)和单电极式等不同的电场形式对燃烧场的影响展开论述.不同的电场形式下,通过改变电场参数,对电场中不同燃料的燃烧火焰特性变化规律进行研究,以此考查电场与燃烧耦合时的特性.研究表明,利用竖向电场力来平衡浮力可以粗略模拟微重力下燃烧时的扩散火焰,燃烧速率受电场强度影响,4kV时最小;利用横向电场可以改变火焰形状(如高度降低)及颜色,也可以助燃低热值燃料,实现可靠点火和稳定燃烧;对于单极式电场,观察到3种不同类型的振荡火焰.然后,对利用电场降低燃烧副产物的可行性进行了阐述.最后指出,迄今未见对不同电场形式与燃烧火焰特性的系统研究,缺乏相应的基础数据、电场参与下的燃烧反应动力学模型以及完备的燃烧场耦合机制分析.     

玻璃熔窑富氧燃烧的计算

本文导出了油重及天然气在富氧条件下燃烧的一些计算方程,并用热平衡方法分析了富氧燃烧对玻璃熔窑的影响。指出了对低热值的燃料及热回收系统工作效率较低的熔窑,采用富氧燃烧会收到明显的效果。