柴油机喷雾环境条件和喷油参数对火焰浮起长度及其空气卷吸率影响的研究

为了揭示柴油机参数对火焰浮起长度及其空气卷吸率的影响规律,采用修正的KIVA-3V软件建立了定容燃烧弹的三维数值分析模型,以2 100 K等温线作为火焰浮起长度的评价标准并进行了相关计算。研究表明,降低喷雾初始环境温度和增大喷油压力均可增大火焰浮起长度和空气卷吸率,有利于降低柴油机炭烟排放。喷雾环境密度的增加虽然减小了火焰浮起长度,但在环境温度较低的情况下,环境密度的增加会导致空气卷吸率的大幅增加。减小喷孔直径,火焰浮起长度降低,空气卷吸率却增加。燃油温度的升高会造成火焰浮起长度的轻微降低,对空气卷吸率的影响较小。

剪切射流在受限空间卷吸特性研究

脉冲袋式除尘器在反吹清灰过程中,其喷吹机构在瞬间放出压缩空气从而形成高速射流,卷吸数倍的二次空气高速射入滤袋,使滤袋急剧膨胀,依靠冲击振动和反吹气流而清灰。如果反吹风清灰设计不合理,反吹风量和二次诱导风总量不够,则达不到清灰效果;如果反吹风量过大会增加压缩机负担,浪费能源。研究剪切射流在受限空间的卷吸特性,即在一次相同风量下,计算单射流、剪切射流(等喷吹管长)、中伸剪切流、中缩剪切流4种形式射流下被卷吸的二次诱导风量,并测得这4种形式射流下受限空间滤袋的表面速度和表面压力。结果表明,在相同质量流量压缩空气的前提下,剪切射流可比单射流卷吸更多的空气进入滤袋,其中中伸剪切射流卷吸量最多,其卷吸率为8.174。中伸剪切流能够卷吸更多空气的同时增大了滤袋内部的压力,但滤袋边壁返流的气流速度增加不大,因此中伸式脉冲喷口在袋式除尘器中的清灰作用更显著。

烟气内循环降低氮氧化物过程的模拟研究

氮氧化物(NO_(x))是燃烧产生的一种有害气体。为了满足低氮排放标准,烟气循环是减少NO_(x)生成的有效方式。虽然烟气内循环较烟气外循环的热损失更少、降氮效果更好,但由于其需要在设备设计阶段进行优化,因此当前针对烟气内循环降氮的研究较少,对于实际降氮过程暂无系统性的分析研究。以带有烟气内循环的5 kW甲烷扩散燃烧器为研究对象,采用CFD三维燃烧过程数值模拟来研究烟气内循环卷吸率对NO_(x)生成过程的影响。在常规采用零维或一维的理论模型研究基础上,以模拟结果中的燃烧速率来表征燃烧强度,可以更为准确地预测实际燃烧过程。结果表明:改变空气渐缩段出口直径可以有效控制烟气卷吸率。烟气卷吸率最大可以增加到50%,NO_(x)排放值相比无烟气内循环工况下的NO_(x)排放值降低了94%。烟气内循环对不同的NO_(x)生成路径都有一定的抑制作用,尤其是热力型NO_(x)。增加卷吸率后快速型NO_(x)替代热力型NO_(x)成为主导路径,热力型NO_(x)在整体NO_(x)中的占比从52%降低到16%。快速型NO_(x)也会影响最终降氮效果,因此在实际低氮燃烧器设计中,要综合考虑这几种路径的抑制。

不同形状喷嘴的射流流动与卷吸特性

在不同雷诺数下,基于ANSYS Fluent 6.3软件对圆、椭圆、正方、十字、三角5种形状喷嘴的射流卷吸特性进行数值模拟,分析了轴向射流时均速度分布.结果表明,三角形喷嘴的射流轴向最大时均速度最大,不同形状喷嘴的射流轴向最大时均速度均随轴向位置增大呈幂函数关系衰减;射流穿透深度与雷诺数和弗劳德准数存在多元线性关系;随轴向位置增大,射流横截面形状由初始段内喷嘴形状逐渐向圆形转化并最终扩展为圆形边界;射流轴线速度半值宽随轴向位置增加呈线性增大趋势,三角形喷嘴的卷吸率是十字形喷嘴的1.92～2.32倍.

新型多段式自预热燃烧器设计与数值模拟

设计一种新型的多段式自预热燃烧器,其技术特点是:内部包含高温烟气回流通道,利用高温烟气预热空气与燃料,并在燃烧室内形成强烈的逆流对流换热。使用计算流体力学(CFD)方法对燃烧器内温度场、燃烧室内速度场和温度场进行模拟,计算烟气卷吸率,并对燃烬率进行比较。研究结果表明:使用该燃烧器空气预热效果较好,烟气卷吸率达到6以上,满足高温空气燃烧所需要的前提条件,比使用传统燃烧器燃烧更稳定、充分。

窑用新型四通道煤粉燃烧器的初步研究

本文根据新型干法窑热端煤粉燃烧器应具备的特点,对德国波力鸠斯公司开发的四通道煤粉燃烧器进行了机理研究,分析了四通道煤粉燃烧器的主要特点。

横向扰动对超声速混合层被动标量混合影响分析

采用大涡模拟数值计算二维空间发展的超声速混合层,重点分析横向扰动对混合层的标量结构、标量厚度以及标量体积卷吸率的影响。采用理论模型验证了数值方法在计算标量混合特性方面的准确性。结果表明,横向扰动频率和振幅明显影响着混合层的标量增长率和卷吸率。高频扰动增大了混合层近场标量增长率和卷吸率,但是低频扰动改善了混合层远场标量增长率。大尺度涡卷吸过程对混合层标量卷吸率起决定作用。多频扰动有效地增强了超声速混合层的标量混合。

Numerical investigation of efficient synthetic jets generated by multiple-frequency actuating signals

The synthetic jets generated by multiple-frequency actuating signals composed of a basic sinusoidal wave and a superposed high-frequency signal is investigated by two-dimensional simulation in the present study.The effect of the frequency and amplitude of the high-frequency signal on the synthetic jet in the quiescent flow is investigated in detail with stroke length ratio L and Reynolds number Re_(U0)kept as constant.It is found that,with the high-frequency signal superposed,the vortex pairs induced by the synthetic jets are strengthened and accelerated.The distance that the vortex pairs can propagate downstream is also elongated.The entrainment of the synthetic jets is thus enhanced as well.The optimal design is reached when the frequency ratio,defined as the ratio between the superposed signal frequency and the basic signal frequency,is fixed at f^(+)=2.At this optimal frequency ratio,the jet entrainment increases monotonously with the amplitude of the high-frequency signal.