基于激光诱导击穿光谱的燃烧学实验教学探索

基于激光诱导击穿光谱技术开展了燃烧学实验教学探索,构建“激光诱导击穿光谱-层流反扩散火焰”实验教学系统,设计了具体实验操作方法与步骤,并针对激光诱导等离子体的基本参数和层流反扩散火焰的原子比分布开展了实验测量和分析。通过实验教学探索,促进了学生对燃烧学理论知识的更全面理解,提升了学生在跨学科环境中融会贯通的能力。

基于Daubechies小波尺度函数的炉膛空气动力场声学层析重建方法

声学层析测量是一种先进、有前景的炉内空气动力场非接触重建方法,其中可靠、优化的重建模型算法是关键。小波尺度函数包含所确定尺度以下所有信号频率信息,便于有效重构包含复杂频率成分的场对象,鉴于此,该文提出以小波尺度函数为基对待测空间场层析重建的方法。其采用具有紧支撑、正交特点的Daubechies小波以获得更好的场重建辨识度;对几何参数进行归一化处理以适应不同炉膛断面尺寸的场重建;采用梯度下降法求解线性方程组,得到稳定可靠的结果。通过构建不同典型仿真断面流场并重建,该方法均得到与原设定场良好的一致性,从而证明所提出场重建方法的有效性与可靠性。

采用声波法监测四角切圆流场二维分布特性的模拟研究

该文模拟研究了声波法四角切圆燃烧锅炉炉膛二维速度场监测方法。建立了一个由6个参数决定的四角切圆流动二维速度场简化模型,该模型能够反映切圆流场的基本特征。采用声波传感器测量得到的多个路径上声波的传递时间包含流场的信息,据此建立了重建出流场分布特征的方法。在一定的模拟流场及测量条件下,通过计算获得声波传递时间,以此作为模拟检测数据,加入不同幅度的测量误差后,所重建出的二维速度场能够反映设定流场的基本特征,证明所研究的方法是稳定和有效的。

声波法测量炉内温度场有限元模拟研究

根据切圆炉内典型温度分布特征建立了高斯二维温度场模型,采用有限元软件Comsol并基于声波动方程理论模拟了脉冲声波在温度场中的传播过程,获得了波阵面在相应温度分布下的可视化结果,利用互相关函数法计算了声波在场内的传播时间.作为检验,建立了声线理论模型,并进行基本正确性验证.由声线理论模型得到模拟温度场内声波路径分布,并通过积分法得到理论声波传播时间.结果表明:由波动方程模型模拟出的高斯温度场中的声波传播时间普遍比理论解偏大,误差均在1%以内;误差原因在于数值求解波动方程模型中产生的声源信号伪前移现象,且声源处网格越密、温度越高,伪前移量越大.

基于先验知识的炉内速度场声波法测量研究

采用主动声波法,基于少量测量数据重建切圆燃烧锅炉炉膛空气速度场.从切圆炉内空气速度场服从的物理、数学规律出发,充分利用其有效先验知识使反问题超定,首次提出利用旋转高斯曲面拟合炉内切圆速度矢量场无散分量部分的算法,并结合介质质量守恒定律及相应边界条件,对炉膛二维断面速度场进行了有效重建.在典型的仿真模拟检验基础上,详实的冷态炉膛模型声波法在线测量试验得出了可靠的结果.为该方法进一步研究提供了有效的理论及实验基础.

声波法监测炉内二维速度场冷模实验研究

该文对声波法监测锅炉炉膛内二维速度场的方法进行了冷态模型实验研究,给出了检测系统设计、硬件和软件系统及试验结果。不失一般性,这里分别进行了对称和非对称供风条件下的测量试验。为验证结果的合理性与正确性,用风速计直接测量了对称条件下的速度场,用CFD软件对对称和非对称情况分别进行了流场模拟。将其结果与声波法监测结果进行对比,三者在一定程度上吻合得较好。实验证明了声波法监测炉内烟气速度场的有效性,显示了良好的应用前景。

新型内直流外旋流燃烧器流场特性的研究

研究了一种新型燃烧器的流场特性,其一次风分为内直流、外旋流2部分.采用5孔探针法和粒子图像测试技术测量一次风管模型的冷态射流场,并采用CFD软件进行数值模拟.对比分析了流场的时均分布和湍流特性(旋流强度、湍流强度、方向关联系数及湍动能等).结果表明:一次风的内直流部分使其具有一定的射流刚性,且没有中心回流区;外旋流部分对内、外侧气流的卷吸作用则使流场拥有较好的外部回流、整体混合及滞留特性;两者作用的相对强弱取决于叶片倾角及内外筒径比等.

小波分析在声学法炉内空气动力场测量中的应用

声学法测量是炉内动力场检测的先进方法,但是,由于炉内复杂的环境噪声及声波传播时的衰减,声波信号的可靠辨识以获得准确的传播时间成为该方法的关键之一。基于小波技术在包括信号处理等许多方面所具有的巨大优越性,研究了小波分析应用于声学法测量的方法。将静态场中的声波信号加上不同随机噪声并进行滤波分析,证明小波法的结果明显优于传统滤波方法。在此基础上,结合声学法测量中具体声波信号的特点,给出了小波及小波包分析在声波信号消噪处理中的应用方法及其在炉膛模型动力场声学法测量实验中的应用结果。

声波法监测锅炉炉膛二维复杂空气动力场的模拟研究

主要介绍了声波法监测炉内动力场一般二维速度场的重建方法。将待重建速度场分解为螺旋分量和发散分量进行处理,对前者采用基函数展开法解线性方程组,后者满足Laplace方程及Neumann边界条件。算法整体上为一迭代过程。以该算法得出的中间速度场为基础,结合由图像处理法测得的温度场所得到的声速值分布,可较为理想地重建出炉内高温复杂空气动力场。数值实验分别对较为简单和复杂的模拟速度场模型进行重建,并作了误差分析。结果表明:所研究的方法较为稳定、可靠,进一步完善可作为炉膛动力场实时在线监测的较有效方法。

尾流振子涡激振动能量收集系统设计

对尾流振子模型进行了数值模拟分析,运用格子Boltzmann方法对流场进行求解,得到最适合能量收集的尾流振子两柱间距和流体雷诺数.采用压电悬臂梁结构,结合流机电耦合方程对不同雷诺数(5 000≤Re≤15 000)下涡激振动的能量收集特性进行分析.结果表明,当7 000≤Re≤12 000时为涡激振动的锁振范围,当Re为8 000时振幅最大.改变两柱间距,对尾流振子模型的能量收集特性进行分析,可得所设计系统的理想间距为0.11 m,产生电压为38 V.当两柱间距为理想间距时,尾迹旋涡形态图中平行于Y轴的方向只有一个独立涡,此时振幅最大.

基于欧拉-欧拉模型的气固鼓泡床数值模拟研究

通过基于颗粒动力学的双流体模型对气固流化床进行了数值模拟,分析考察了不同曳力模型、颗粒弹性恢复系数及计算时间步长等对床内混合及气泡的影响。数值计算结果表明:采用不同气固曳力模型会得到不同的气泡直径大小;对于同一曳力模型,随着颗粒弹性恢复系数的增加,床内流态化程度会加剧,计算时间步长增加,计算所得床内气泡直径略有减小。

微型定容燃烧腔内丙烷/空气火焰传播特性

利用高速摄像的方法,在狭缝间距为2,mm的圆盘状微型定容燃烧装置中考察了常温常压、当量比φ为1.0~1.6静止丙烷/空气预混气中心点火后向外传播的火焰传播特性.结果表明:微型定容燃烧腔内形成的火焰面有光滑、褶皱和断裂3种形态;光滑火焰面的火焰传播速度低于常规尺度下的火焰传播速度;火焰传播速度随着当量比的增加先增大后减小;在点火能量影响范围外,火焰传播速度随半径增大而减小;随当量比的增加火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象.

微型定容燃烧腔内C_2～C_4烷烃/空气火焰传播

在直径35 mm、高度2 mm光学可视的定容燃烧腔内,实验研究了常温常压静止乙烷/空气、丙烷/空气和正丁烷/空气预混气在燃烧腔中心由电火花点燃后向外传播的火焰传播特性。结果表明:3种燃料空气混合气可形成火焰传播的当量比范围不同,范围由大到小排序为乙烷>丙烷>正丁烷;3种燃料均存在由光滑火焰面向褶皱火焰面转变的传播形态;在微型定容燃烧腔内,3种燃料的火焰传播速度均低于常规尺度下定容燃烧弹内火焰传播速度,且火焰传播速度随半径增加而减小;随着当量比增加,火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象,在高当量比情况下,火焰传播会出现短暂停滞。

微小空间内丙烷/空气火焰传播特性与加氢爆燃实验

在内径150mm的圆盘狭缝微型燃烧室内,实验探讨了在常温常压下,不同当量比的丙烷/空气预混气以及掺氢的丙烷/空气混合气在电火花点火后向外传播的特性,通过高速摄影方法获得了在狭缝间距为2.0、2.5、3.0、5.0mm时微燃烧室内的火焰传播形态。实验中观察到火焰传播存在光滑、皱褶和断裂三种火焰锋面形态。当量比的增加和狭缝间距的减小会使火焰更容易发生褶皱。随着火焰的传播,火焰半径逐渐增大,火焰传播速度整体呈下降趋势。火焰传播速度随着间距的减小先增大后减小,在间距3 mm时最大。因为壁面散热的影响,微尺度效应在降低火焰传播速度和增加火焰不稳定性方面具有重要作用。掺入氢气能提高预混气的火焰传播速度,在间距2.5mm的微燃烧腔中还观察到了爆燃现象。

基于电热场耦合条件下稀土电解槽电极结构优化模拟

以3kA钕电解槽为研究模型,考虑到电热场在电解过程中的相互影响,运用COMSOL有限元模拟软件建立了的电热耦合模型,并对不同配比的电极插入深度、极间距进行仿真模拟。结果表明,在一定槽电压下,电极插入深度与极间距之间存在配比关系,配比关系影响电流和温度分布。电热场耦合后,在4.2V槽电压下,电极插入深度为220 mm、极间距75 mm时的电流效率较高,电解过程更加稳定。

流化床垃圾焚烧技术及其污染物排放特性

中国的城市生活垃圾成分复杂、热值低,采用流化床垃圾焚烧技术是一种有效的途径。系统地分析流化床垃圾焚烧炉技术特点,包括锅炉的结构特点和焚烧污染物控制,以及垃圾和煤流化床混烧技术优势,特别是煤与垃圾相对于纯烧垃圾可以有效地抑制和减少二噁英的生成和排放。对一台300 t/d的煤和垃圾混烧的流化床锅炉的排放特性进行了测试和分析,试验结果表明对于低热值的城市生活垃圾,流化床焚烧技术性具有明显优势,垃圾流化床焚烧炉混烧煤的污染物排放完全可以达到国家标准要求。

基于COMSOL软件的稀土电解过程数值模拟

利用硫酸铜电解工艺冷模稀土熔盐电解工艺过程,实验测定了电解过程的电场分布;并用COMSOL软件电场模型模拟该工艺的电场分布;同时将实验和模拟所得到的结果进行对比,发现模拟结果与实验相符,证明该软件能很好地模拟实际电解过程。应用该电场模型对稀土电解槽内电场进行模拟,发现模拟结果与电解槽实际运行工况测试结果相符;进而为稀土电解过程中运用COMSOL软件进行数值模拟,提供了正确性依据,为稀土电解槽的优化与改进提供理论参考。

炉膛速度场声学检测装置

本文讨论了基于声学检测的炉膛速度场测量装置的可行性 ,并在此基础上设计了一个声学检测试验平台。利用声学检测技术 ,得到精确的声波时间 ,以此重建炉膛速度场。该装置将声波信号的发生和接收、A/D转换、基于三次样条插值的信号处理方法和相关计算等技术相结合 ,并在实验室条件下对测量装置设计方案进行了试验验证。结果显示 ,该测量装置对于炉膛速度场测量 ,结果准确 ,并且有可操作性好、投入低等优点 ,有着良好的应用前景。

稀土电解槽内电-热场耦合数值模拟研究

针对3kA稀土Nd电解槽,运用数值模拟软件COMSOL,在阴极、阳极高度以及插入深度一定的情况下,建立电场、热场的耦合模型。通过对稀土电解槽内电-热场耦合前后模拟结果的对比,发现电场在阴阳极之间的分布较耦合前混乱,耦合前后其分布数值存在0.03V的差别;耦合前后热场的分布形态基本一致,温度分布均在阴阳极之间达到最高,但耦合后温度逐渐上移,耦合前后温度出现明显差别,其最高温度相差约24℃。稀土电解槽中这些物理场之间有一定的相互作用,进一步体现了耦合过程的合理性。

6kA新型铈电解槽内电磁场的数值模拟

针对6kA新型铈电解槽结构,建立数学模型与物理模型,根据Maxwell电磁场方程和Biot-Savart定律,运用COMSOL模拟软件进行电场和磁场的有限元模拟,考察电解槽内电场和磁场的分布情况。研究表明,阴阳极之间是电解的主要区域,也是电流产生的磁场的主要分布区域,并且磁场分布在圆周方向上,径向和轴向的分量为零。