微小多孔介质燃烧器内富氢甲烷全预混燃烧与热性能特性

提出一种可作为微小热源的填充多孔介质的带有瑞士卷预热通道的微小燃烧器,探究了不同燃烧室高度下燃烧器内60%氢气-40%甲烷-空气全预混火焰吹熄极限等燃烧特性.结果表明不同燃烧室高度下的火焰吹熄极限差别不大.同一燃烧室高度下,吹熄极限随雷诺数的减小而变宽,这主要是因为雷诺数较小时的火焰拉伸作用较小.大部分工况下火焰呈现规则的圆形.当雷诺数较大时,燃烧器上壁面外表面温度的最大值和平均值随当量比的增大均增大,同一当量比下增大雷诺数也是类似的结果.当雷诺数较小时,当量比对上述外壁面温度分布特性影响较小.可为实现清洁高效燃烧的全预混燃烧技术的工程应用提供理论基础.

催化微燃烧室内氢气和氧气预混合燃烧特性

针对带催化的微燃烧室内部氢氧预混合燃烧过程,利用CFD计算软件建立模型进行数值模拟,在实验验证的基础上改变入口参数,分析了表面反应与气相反应的相互作用以及催化反应对火焰吹熄极限的影响。结果表明,表面反应对气相反应中间产物的消耗会使气相反应强度减弱;在催化剂表面附近的反应以表面反应为主,在远离催化剂表面的反应以气相反应为主。催化剂的添加能够极大地拓宽火焰吹熄极限,在当量比为1.0时,催化燃烧室和无催化燃烧室的吹熄极限分别为46、22 m/s。在当量比为1.0时,表面反应强度最高,此时燃烧室出口截面温度最高。

钝体阶梯扩管型微燃烧器内氢气-空气燃烧特性及协同性分析

为提高微燃烧器燃烧稳定性和燃烧效率,基于钝体直管和钝体阶梯扩管燃烧器进行微尺度燃烧数值模拟分析研究。研究结果表明:在钝体微燃烧器中加入阶梯扩管结构有助于促进火焰传播和扩大火焰稳定燃烧极限,而且两者的吹熄极限均随当量比(即完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比)的增大而增大;燃烧器的燃烧效率均随当量比和入口混合气速度的增大而降低,而且钝体直管型燃烧器的燃烧效率要比扩管型燃烧器低;散热损失比均随当量比增大呈先增大后降低,随入口速度增大而降低;钝体直管燃烧器协同数高于钝体阶梯扩管,两者的协同数都随入口的混合气速度增大先增大后降低再增大。

微型开缝钝体燃烧器燃烧特性数值分析

本文将开缝钝体稳燃技术应用于微型燃烧器中,采用详细化学反应机理模拟了不同速度下微型开缝钝体燃烧器与微型常规钝体燃烧器的燃烧情况.结果表明:开缝钝体燃烧器火焰宽度一致性较好,火焰中心温度沿轴向分布更加均匀,尤其在速度较大时,开缝钝体燃烧器优势更加明显;开缝钝体燃烧器燃烧效率高于常规钝体燃烧器,速度大于25m/s时,开缝钝体燃烧器效率高出常规钝体燃烧器5%左右;由于开缝钝体中钝体缝隙过大,濒临吹熄极限时,钝体后值班火焰被吹熄,开缝钝体燃烧器吹熄极限略有降低.

甲烷及掺氢燃气吹熄极限的大涡模拟研究

利用大涡模拟法计算研究甲烷和掺氢燃气在悉尼非均匀入流射流燃烧器上的吹熄极限.利用GRI 3.0详细反应机理和28步、19步简化反应机理对比计算不同掺氢燃气状态下的层流预混火焰,证明了19步简化反应机理具有良好性能.利用动态增厚火焰燃烧模型结合19步反应机理,计算研究以掺氢燃气(体积比V(H_(2))∶V(CH_(4))∶V(CO)∶V(CO_(2))=0.2∶0.2∶0.27∶0.33)为燃料的悉尼部分预混中心射流火焰.计算得到在FA和FJ布局下,掺氢燃气的火焰吹熄极限速度分别为90 m/s和109 m/s,甲烷的火焰吹熄极限速度分别为74 m/s和128 m/s,分析发现吹熄极限的差异与不同布局下燃气与空气混合不均匀程度相关.研究表明,优化燃气与空气的进气布局和掺混过程可以提升燃烧稳定性.

开缝钝体对微型燃烧器燃烧性能改善的研究

为了提高微型燃烧器内的燃烧稳定性,将开缝钝体稳燃技术应用于微型燃烧器中,采用详细化学反应机理模拟了不同速度下微型开缝钝体燃烧器与微型常规钝体燃烧器的燃烧情况。结果表明:开缝钝体燃烧器火焰宽度一致性较好,火焰中心温度沿轴向分布更加均匀;开缝钝体燃烧器燃烧效率高于常规钝体燃烧器;当缝隙直径为0.1 mm时,微型开缝钝体燃烧器吹熄极限达到最高,高于微型常规钝体燃烧器。开缝钝体能有效改善微型燃烧器的燃烧状况。

微型凹腔燃烧器内氢气/空气的预混燃烧特性

使用计算流体动力学软件FLUENT,并采用详细的化学反应机理,对当量比为0.5的氢气/空气预混气在带凹腔的平板型微通道内的燃烧特性进行了数值模拟.探讨了进气速度和凹腔的长深比对微通道内的温度场、燃烧效率和排烟温度的影响.计算结果表明:随着进气速度的增大,火焰被吹向下游,并且使火焰变得狭长,这会使得壁温分布更加均匀;在同一长深比下,燃烧效率随着进气速度的增加而降低,而排烟温度随着进气速度的增大先升高后降低;当长深比从1增大到3时,增大凹腔的长深比能拓展吹熄极限;长深比从3增大到4时,其吹熄极限相同.

微型钝体燃烧器中氢气燃烧的实验与模拟

对氢气／空气在微型钝体燃烧器内的预混燃烧特性进行了实验研究和数值模拟，主要探讨了当量比和进气速度对吹熄极限、燃烧效率和排烟温度的影响，结果表明：1）微型钝体燃烧器的吹熄极限比无钝体时增大了3～5倍。2）吹熄极限随着当量比的增大而明显增大。3）随着当量比的增大，火焰锋面向上游移动，壁面平均温度升高，排烟温度也随之升高。4）随着进气速度的增大，火焰被吹向下游并被拉长，壁温分布均匀性变差，燃烧效率和排烟温度均呈现出先增大后减小的规律。

阻塞比对微型钝体燃烧器吹熄极限的影响

开发了一种微型钝体燃烧器,实验和模拟均表明钝体能使吹熄极限扩大5倍以上.采用氢气/空气的详细反应机理,通过数值模拟研究了钝体的尺寸大小,即阻塞比(ζ)对火焰吹熄极限的影响.结果表明:当ζ分别为0.3,0.4和0.5时,吹熄极限分别为20,32和36m/s,即吹熄极限随着阻塞比的增大而增大;当ζ=0.3时,钝体后的回流区太小导致火焰在较小的进气速度下即被整体吹出燃烧室,而对于ζ=0.4和0.5的情况,火焰由于在高速下受到剪切层的强烈拉伸作用而导致熄灭,实验观察也证实了这一现象;由于反应区集中于燃烧室中央,高温气体对壁面的作用减弱,使得不同阻塞比的钝体燃烧器之间的散热损失差别不大.

微喷管甲烷非预混射流火焰燃烧特性实验研究

为发展微尺度燃烧器并拓展微尺度燃烧理论,对具有外部伴流空气的甲烷非预混微喷管射流火焰燃烧特性进行了实验研究。微喷管采用内径为710μm、425μm及280μm的不锈钢管,通过实验得到了微喷管非预混射流火焰的火焰形态、高度、最小熄灭流速及吹熄极限,并与常规尺度(管内径2 mm)非预混射流火焰进行了对比。研究表明微喷管射流火焰只有层流火焰一种形态;微喷管射流火焰高度主要取决于燃料流速而不受外部伴流速度影响;微喷管射流火焰的吹熄极限随伴流速度先增加后减小,而微射流火焰的最小熄灭流速受伴流空气速度影响较小,随管径减小微喷管射流火焰的可燃范围急剧减小。

旋转滑动弧放电等离子体对氨气旋流火焰稳定性的影响

本文实验研究了三维旋转滑动弧(RGA)放电等离子体对氨气旋流火焰稳定性的影响。实验表征了等离子体特征,测试了等离子体对氨气旋流火焰的助燃效果,研究了火焰形态特征的转变和OH自由基分布,揭示等离子体对氨气旋流火焰的助燃机理。结果表明,RGA放电等离子体可以作为点火源和火焰稳定器,能够提高火焰稳定性和拓展吹熄极限。另外较高流速下,火焰迟滞现象消失,在低流速下氨气火焰容易受到电场/等离子体的流体动力学不稳定性的影响。

微通道壁面加热对甲烷空气预混火焰传播特性的影响

对于甲烷和空气预混合气在矩形微燃烧室内的燃烧过程,采用加热片加热,对比分析了在外部加热时,有无隔板对燃烧稳定性的影响,并分析了不同加热温度下隔板型燃烧室内火焰传播特性。实验结果表明:随着加热温度的提升,隔板型燃烧室稳定燃烧区域不断增大;加热温度高于600 K,隔板型燃烧室的火焰吹熄极限有明显改善;高温加热利于提高隔板型燃烧室在较大流量情况下燃烧的稳定性。相较于单通道燃烧室,外部加热对隔板型燃烧室燃烧稳定性的改善更加明显。

回流与火焰拉伸对氢气微尺度燃烧的影响

对火道内置有钝体的微型燃烧器开展了数值模拟研究,以探讨阻塞比(0.3~0.8)对微型钝体燃烧器中氢气/空气混合物燃烧稳定性的影响.采用文献中实验数据验证了所采用的数值模型的准确性,模拟结果表明:氢气/空气混合物的熄火极限随着阻塞比增大而呈先增后减的非单调变化趋势.当阻塞比为0.5时,熄火极限可达最高值,即38m/s.主要原因是增大的阻塞比虽能产生更大的回流区,有利于稳焰,但同时也使钝体附近的速度梯度增大,引起了更强的流体剪切力和反应区拉伸,不利于稳定燃烧.