多喷嘴气化炉气体浓度及撞击火焰高度分析

基于多喷嘴对置热模实验平台,以柴油为模拟介质,对其气化过程进行了实验研究.采用水冷取样管,对气化炉喷嘴平面及轴线上方进行气体取样,经气体净化系统,由质谱仪实时在线分析.结果表明,喷嘴平面内,距中心5 cm处,CO,CO2和H2浓度开始发生较大变化,即为火焰撞击区域,且该区域同由火焰图象拍摄结果一致;气化炉中心轴线方向,气体浓度曲线在距离中心29 cm处出现拐点,表明气化火焰高度与炉内径之比约为1.0.

多喷嘴撞击火焰高度及频率特性

基于多喷嘴对置式水煤浆气化试验平台,利用高温内窥镜配合使用高速相机,结合火焰图像处理技术,研究了多喷嘴对置式气化炉内水煤浆撞击火焰高度及其脉动频率特征,选用的图像处理方法可实现撞击火焰高度区域图像的有效分割.结果表明,撞击火焰的平均火焰高度和最大火焰高度均随氧碳比的增大不断上升,且撞击火焰稳定性增强.撞击火焰特征频率随着氧碳比的升高而降低,主要频率特征峰的幅值降低,脉动特征频率在1～3Hz处趋于稳定.在水煤浆操作的典型氧碳比条件下,撞击火焰将不会直接冲蚀到拱顶耐火砖.

多喷嘴对置式气化炉内撞击火焰高度研究

基于多喷嘴对置式气流床气化热模实验平台,利用侧面高温内窥镜配合工业高速相机,对不同工况下的柴油撞击火焰高度及脉动频率进行了研究。提出了一种基于伪彩色增强的撞击火焰高度图像分割方法。利用工业高分辨率相机和顶部高温内窥镜的组合对结果进行了验证。结果表明,在实验工况下,撞击火焰高度随氧碳比([O]/[C])的升高逐渐上升,但在氧碳比为1.8附近出现转折;提高柴油流量,火焰高度上升明显。氧碳比的升高和柴油流量的增加均使得火焰高度的脉动范围减小,撞击火焰稳定性增强。撞击火焰高度的脉动频率集中在低频区,其主要频率的特征峰保持在10 Hz以内,另外,在3 Hz附近存在一明显的特征峰。氧碳比的升高和柴油流量的增加均使得特征峰的幅值逐渐降低。

气流床撞击火焰声学特性与压力波动分析

利用多喷嘴对置式气流床气化炉热模试验装置,对两喷嘴对置撞击火焰声学特性和压力波动进行了测量与实验研究,并通过Hilbert-Huang变换对火焰噪声信号及压力信号进行频谱分析。结果表明,气化炉内中高频压力波动主要由火焰撞击区内复杂的燃烧状况引发,并产生50~100 Hz频段的火焰噪声。射流火焰噪声受气化炉内低频压力波动影响,并且因来自撞击区的反向流的作用,火焰噪声的幅值和波形都会受到一定的影响。撞击区的火焰噪声信号与燃烧状况有一定的对应关系,可作为气化炉内火焰状况诊断的一种方式。

气流床气化炉内撞击火焰的Na~*、K~*二维辐射特性

气流床气化炉内火焰的辐射光谱包含着大量与火焰结构、火焰温度及当量比等有关特性的信息,因此对火焰进行有效的光谱诊断,是实现燃料高效利用、监控和优化气化过程的必要手段.基于实验室规模多喷嘴对置式气化实验平台,以柴油及水煤浆为原料,重点研究了气化炉内撞击火焰Na~*、K~*二维辐射分布特征,进而表征气化炉内火焰温度分布.结果表明,相比较两喷嘴火焰,四喷嘴火焰撞击区自由基辐射强度明显增大;Na~*的二维强度分布明显强于K~*的二维强度分布,且柴油中K含量高于Na,说明在相同条件下,Na比K更加容易被激发;随O/C摩尔比增大,Na~*及K~*辐射强度均增大,撞击区温度升高;在不同O/C摩尔比条件下,撞击中心辐射强度均最大且撞击中心火焰温度最高.

两喷嘴撞击气化火焰结构特性研究

撞击火焰是多喷嘴对置式气流床气化炉的主要特征。文中利用高速摄像仪和计算机图像处理技术,对两喷嘴撞击气化火焰的结构特性进行了研究,通过计算图像灰度相关系数定量描述了两喷嘴撞击气化火焰的结构特征。研究结果表明:在撞击前单股火焰仍能较好地保持其几何结构,但在撞击区内单股火焰的几何结构迅速消失。随着撞击速度的增大,火焰整体分布更为均匀,互相关系数标准差降低;单股火焰的湍流拟序结构分区变得不明显,互相关系数小幅波动的区域增多;撞击区内火焰分布不均匀,互相关系数降低。

气化炉内撞击区气体浓度与火焰形状分析

采用水冷取样管与气体净化分析系统,对气化炉内喷嘴平面的气体浓度分布进行了热态试验研究。通过图像处理将火焰图像沿气体取样管方向分为火焰撞击区、过渡区和无火焰区三部分。试验结果表明,气化炉内火焰撞击面气体组分与火焰形状密切相关,气体浓度在过渡区变化最大;CO2和O2浓度的最高点出现在炉膛中心位置,在无火焰区,所测气体浓度基本保持不变;CO与CO2收率的比值可作为火焰形状判断的依据;或当O2浓度降到小于0.03%时也可以认为火焰结束。

撞击式火焰噪声信号的分形特性分析

火焰噪声信号的Hurst分析可以作为火焰气化燃烧稳定性的一个判据.通过对气化火焰噪声信号的分析,研究了气化燃烧火焰的稳定性.采用域重新标度分析法研究了撞击火焰噪声波动信号,得到了相应的Hurst指数,结果表明:撞击火焰噪声波动具有分形特征;噪声波动信号中存在周期成分;气化燃烧工况的不稳定性会导致火焰噪声的明显提高;随着氧燃比的增加,Hurst指数减小.

CH_(4)/O_(2)反扩散撞击火焰稳定性及光谱辐射特性研究

反扩散火焰是射流扩散火焰中一种重要形式之一,燃烧火焰形成的化学自由基所释放的化学发光被应用于多个领域。基于光谱辐射诊断技术对CH_(4)/O_(2)反扩散撞击火焰进行研究,探究了不同撞击距离(H)对火焰稳定性及光谱辐射特性的影响,利用OH^(*)对火焰形态及结构进行表征。结果表明:存在阻流体时的举升高度相较于没有阻流体更高,且随着H的减小而增大。在吹熄方面,存在阻流体时火焰吹熄极限更大,并且吹熄极限与H呈负相关。然而火焰的举升极限与H的大小并不存在相关性。火焰光谱辐射特性表明:OH^(*)辐射强度随H的减小逐渐减弱,随氧气流速(u_(O_(2)))的增加也逐渐减弱。然而,在H为10 mm时,举升火焰的OH^(*)辐射强度随u_(O_(2))的增加逐渐增强。同时,沿着火焰传播方向火焰的峰值位置随着H的减小而逐渐远离喷嘴。火焰处于举升状态的OH^(*)辐射强度整体大于附着状态,但H对峰值强度的影响不是很大。另外,当H为10 mm时,火焰的核心区与撞击区相互重合。H大于10 mm的火焰,在撞击区域附近的火焰均存在一个OH^(*)辐射峰,且随着H的减小,撞击区的辐射强度逐渐增大。

火焰撞击障碍物形成的溢流火焰融合行为研究

为深入了解核电厂横向多层电缆桥电缆火灾,针对横向多层电缆火焰撞击障碍物形成的溢流火焰融合现象开展试验研究。试验分别在10、14、28、42、56和84 kW等不同火焰热释放速率(HRR)和0.1、0.2、0.3、0.4和0.5 m等不同挡板-燃烧器距离条件下进行。对比分析不同工况下的火焰间歇概率图,引入火焰融合概率来描述火焰融合现象,发现火焰的融合行为可由火焰HRR和挡板-燃烧器距离的比值来量化区分。当比值小于200时,溢流火火焰完全不融合,为不融合区;当比值大于600时,溢流火火焰完全融合,为完全融合区;当比值大于200小于600时,溢流火火焰间歇融合,为间歇融合区。

气化炉内柴油火焰光谱辐射特性及CH~*二维辐射特性研究

火焰的自发辐射光谱与火焰的结构、温度分布等燃烧特征参数密切相关。对激发态自由基辐射的辐射强度与二维分布进行研究,可清晰地反映火焰燃烧状态而不对火焰产生扰动。基于多喷嘴对置式气流床气化实验平台,利用光纤光谱仪和配置CCD相机的高温内窥镜,对柴油扩散火焰的辐射光谱及CH^*辐射二维分布特性进行研究。考察了当量比和撞击作用对火焰辐射光谱和CH^*辐射分布的影响。结果表明,柴油火焰在306.47及309.12nm处存在OH^*辐射特征峰,在431.42nm处存在CH^*辐射特征峰,且存在明显的碱金属原子Na^*(589.45nm),K^*(766.91和770.06nm)发射光谱。此外,由于柴油不完全燃烧生成大量碳黑,在辐射光谱的可见光波段产生了强烈的连续黑体辐射。火焰中的黑体辐射对CH^*辐射特征峰的检测存在干扰,且当量比越低时背景辐射越强,对自由基特征峰检测干扰越大。基于普朗克定律利用插值法可扣除430nm附近波段背景辐射。柴油火焰中CH^*辐射峰值随当量比的增加单调减小,CH^*辐射等值线沿火焰发展方向依次出现三峰状、双峰状及单峰状,最终收缩为以反应核心区为中心的圆核。随着当量比的提高,出现各个形状的CH^*辐射强度阈值不断降低,火焰主反应区面积减小且向下游移动,当量比增加到1.0附近时,理论上柴油完全燃烧,CH^*辐射强度显著降低,贫燃火焰的CH^*辐射强度及分布区域几乎稳定不变。利用CH^*辐射强度值判定火焰举升长度,对于单喷嘴射流火焰,火焰举升长度随当量比的增加经历了显著增加后小幅下降的过程。相同当量比时两喷嘴撞击火焰CH^*辐射强度峰值始终高于单喷嘴射流火焰对应值;火焰举升长度随当量比的增加小幅增加。火焰撞击的约束作用使得火焰举升长度不易随着当量比变化发生较大波动,燃烧更加稳定。这为定量判断火焰燃烧状态提供了一种直观、有效的方法,同时为柴油燃烧的化学动力学研究提供了实验依据。

基于商用燃气灶的热工性能研究

本研究采用先进的统计实验设计,对商用燃气灶主要设计参数的个体效应和组合效应进行评价。采用四因子三级Box-Behnken设计方法,利用预混燃气冲击火焰进行了实验研究,实验采用内径为3mm的圆形喷嘴的Acooker燃烧器。所考虑的燃烧器设计参数包括雷诺数、当量比、喷嘴与板的距离和喷嘴与射流的间距。在对实验数据进行分析的基础上,报道了热效率和一氧化碳(CO)排放量随上述参数的变化。根据各主要设计参数建立了热效率和CO排放的多元回归模型。一些二因子相互作用对热效率和CO排放有显著影响。这一发现对设计节能环保型商用燃气灶的设计师具有重要意义。

火源高度不同时隧道顶棚射流温度特性的实验研究

通过对隧道火灾相似比例尺寸的实验模拟,结合随着着火点高度不同时,池火质量损失速率、火羽流的热反馈速率与池火的热释放速率之间关系的理论基础,分析了随着隧道内着火点高度的变化,对隧道顶棚温度、燃料的质量损失速率、火源功率、吸收的热反馈、顶棚火焰撞击区半径的影响以及变化的规律,得出随着火源高度的增加,燃料的衰减速率、热反馈与火源功率均增大,顶棚射流半径也有所变化。