便携式脉冲涡流热成像电源系统设计

为实现脉冲涡流热成像技术应用于现场检测,针对锂电池单独供电存在功率低、电压小等问题,设计了一种基于“锂电池+超级电容”复合电源技术的便携式电源系统方案。通过超级电容的充放电实现功率变换,采用DC/DC变换器实现电压转换,实现锂电池的高效利用。首先分析了脉冲涡流热成像电源需求,介绍了电源拓扑结构并搭建了便携式电源系统,之后详细分析了系统开关控制策略,最后对其性能进行测试并通过裂纹检测实验验证了便携式电源的实用性。结果表明:该便携式电源系统额定功率可达1.5 kW,重量在10 kg以内,满足脉冲涡流热成像对便携式电源的初步需求。

单DC/DC升压型便携式PECT电源系统设计

为进一步满足脉冲涡流热成像(PECT)现场检测的应用需求,提出一种改进型“锂电池+超级电容”复合结构供电的便携式脉冲涡流热成像电源系统。通过分析两种串联式拓扑结构,采用“单DC/DC升压”结构来提升系统功率输出能力,同时搭建便携式检测系统,并详细介绍了激励电源控制策略,对便携式系统样机实验平台进行实验验证。实验表明,便携式电源系统的最大输出功率为1.9 kW,连续工作时间为1.1 h,系统样机净重为8.4 kg,该系统设计可较好地满足现场检测的需求。

单颗粒煤粉着火特性的数值分析

建立了模拟静止的单颗粒煤粉着火燃烧过程的气相和固相耦合的质量、组分和能量守恒方程组,采用不同脱挥发分模型研究了不同热力氛围下单颗粒煤粉的着火延迟时间和着火模式等特性.基于热力着火理论的煤粉异相着火和均相着火判据,确定了不同热力氛围下煤粉颗粒发生着火模式转变的临界参数.结果表明,采用化学渗透脱挥发分(CPD)模型预报的煤粉着火延迟时间比双挥发反应模型更加准确.在21%的氧气体积分数下,环境温度为1500K时,煤粉着火模式发生转变的临界粒径为150μm;环境温度为1100K时,其临界粒径为300μm.

低氧稀释条件下煤粉颗粒燃烧特性实验研究

在平面扩散火焰煤粉燃烧实验系统上采用光纤光谱仪和CMOS相机分别测量了不同燃烧气氛(O2/N2、O2/CO2)、热协流温度(1473~1873 K)和氧气体积分数(5%~20%)下烟煤煤粉燃烧火焰的辐射光谱和火焰图像,获得了不同燃烧条件下煤粉颗粒温度沿程分布和燃烧特性。结果表明:在O2/N2或O2/CO2气氛下,随着热协流温度和氧气体积分数的降低,火焰颜色由亮黄色逐渐转变为暗红色,煤粉颗粒温度降低;随着热协流氧气体积分数的下降,煤粉颗粒温度波动系数减小了37%,颗粒温度分布更均匀;与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛下煤粉火焰光强减弱,煤粉着火距离增加,煤粉颗粒的平均温度降低了24~103 K,颗粒温度波动系数最大减小了24%。

低氧稀释条件下不同煤种着火燃烧特性实验研究

在平面火焰煤粉燃烧实验系统上研究了O_(2)/CO_(2)气氛中不同热协流温度(1473~1873 K)和氧气体积分数(5%~20%)下神木西烟煤、长平贫煤和济源无烟煤煤粉的着火和燃烧特性。采用光纤光谱仪和CMOS相机分别获取了煤粉燃烧的火焰辐射光谱和火焰图像,比较了不同燃烧条件下不同煤种的煤粉着火距离、颗粒温度和颗粒温度波动系数。结果表明:随着热协流氧气体积分数的减小,煤粉火焰长度和着火距离增加,颗粒平均温度下降,颗粒温度波动系数减小;煤粉挥发分质量分数越高,颗粒温度波动系数越小,颗粒温度分布越均匀;在热协流温度为1473 K、氧气体积分数为5%的条件下,神木西烟煤的煤粉颗粒温度波动系数为2.0%,比济源无烟煤低70%,更易于实现煤粉的低氧稀释燃烧。

高温低氧及富氧气氛下煤粉颗粒着火和燃烧特性数值分析

采用计算流体力学(CFD)软件对煤粉颗粒在平面扩散火焰系统中的着火和燃烧过程进行了详细的数值模拟,测量了不同热协流气氛(O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2))、温度(1400~1800K)和氧气体积分数(10%~30%),特别是高温低氧(1800K,10%O_(2))环境下的气体温度场和颗粒温度分布,获得了MILD燃烧工况下煤粉颗粒着火和燃烧特性.结果表明,在高温低氧环境下,煤粉颗粒的着火距离明显缩短,气体温度场更加均匀.1800K协流温度下,随着氧气体积分数每提高10%,其着火距离缩短12%~14%,氧气体积分数为10%时的烟气温度波动系数比氧气体积分数为20%时下降9%.与O_(2)/N_(2)气氛相比,在O_(2)/CO_(2)气氛中相同热协流温度和20%氧气体积分数下,着火距离增加了2.7~3.4 mm,烟气平均温度降低了168~183 K.

低氧稀释下煤粉燃烧反应区结构实验与模拟研究

在平面扩散火焰燃烧系统上采用CMOS相机获得了不同协流温度(1473~1873 K)和氧气体积分数(5%~20%)下煤粉火焰图像和光强分布,并在数值模拟中导入详细化学反应机理对比了单步、双竞争和CPD等不同脱挥发分模型以及焦炭反应模型的影响,对比已有实验结果提出了煤粉燃烧最佳模型组合。基于该模型数值模拟结果分别得到了煤粉和焦炭燃烧的OH自由基分布,与光强信号对照分析了煤粉燃烧反应区结构特性,定量地把整个煤粉燃烧过程划分为(Ⅰ)预热阶段、(Ⅱ)挥发分燃烧阶段和(Ⅲ)焦炭燃烧阶段,分阶段获得了挥发分和焦炭的燃烧特性。发现在5%低氧稀释条件下,随着协流温度由1473 K提高到1873 K,预热阶段和挥发分燃烧阶段分别缩短了0.70 cm和1.24 cm。