燃煤初期碳烟生成的激光诱导白炽光LII诊断研究

本文基于光学可视化Hencken平焰燃烧器系统平台,采用激光诱导白炽光(LII)方法对煤粉燃烧初期碳烟生成过程进行诊断。结果表明,高阶PH煤在燃烧初期产生的碳烟量高于低阶准东(Zhundong)煤。化学渗透热解模型计算结果证明这主要由PH煤热解过程中更高的焦油产量所致。时间尺度分析表明,在1500 K, 20%O2燃烧条件下,PH煤碳烟生成的特征时间(约20 ms)滞后于煤粉点火特征时间(约10 ms)和挥发分燃烧特征时间(约12 ms).随着环境中氧气浓度的降低,碳烟生成的特征时间增加。通过建立简化的碳烟生成/氧化模型,进一步揭示了煤粉燃烧初期煤粉点火、挥发分燃烧和碳烟生成过程的内在联系。实验中还发现与常规条件相比,富氧条件对煤粉燃烧初期碳烟生成存在抑制作用。

冷凝过程中浸润性对液滴行为影响的模拟研究

冷凝过程中,对单个液滴的运动行为进行分析具有重要的意义,因为冷凝面上整体传热量的计算是以单个液滴的形态及动力学行为为基础的。在众多单液滴动力学行为的影响因素中,壁面浸润性占有一定主导作用,但是目前对单个液滴的分析还是基于一定假设条件下的理论分析。针对此问题,本文基于格子Boltzmann方法,并采用多松弛碰撞模型,开展了浸润性对单个液滴动力学行为影响的数值模拟研究。对液滴动力学行为的研究表明,亲疏水表面具有不同的液滴脱离形态,且在液滴的不同生长阶段,发生冷凝的位置也不同。对液滴脱离直径的分析表明,在亲水表面上,理论预测值要大于模拟计算值,而在疏水表面上二者吻合较好。

标准旋流火焰场的燃烧特性实验与模拟研究

本文搭建了4.2 kW标准化的旋流燃烧机理实验台,通过调节配风构造了三种旋流强度(旋流数S=0、0.5和0.9)的燃烧工况,测量并比较了不同旋流数下的流场结构及温度特性。相比直流燃烧火焰,全旋流燃烧火焰=的长度缩短,径向展宽增大。基于OpenFOAM对各工况的数值模拟结果与试验测得的火焰形貌、回流区结构及温度分布特性吻合较好。利用拉格朗日方法追踪了直径40μm颗粒在旋流场中的运动轨迹,发现部分颗粒被回流区卷吸重新进入高温区。分析颗粒运动轨迹上的聚并核函数演化,发现其在高温回流区取值较大,在下游随着温度和湍流耗散率的降低而逐渐减小。本研究为煤粉旋流燃烧过程中的细颗粒物生成提供了前期的基础。

大功率LED透镜热学特性分析

以100 W向下照射的LED灯为研究对象,计算了在单纯导热、热辐射和导热耦合以及对流、热辐射和导热耦合3种情况下透镜的温度及热应力分布,并对透镜外表面特征点的温度变化进行了测量。研究了透镜封闭腔内空气热对流和表面热辐射对透镜温度分布的影响,分析了表面发射率对透镜中心温度的影响以及热膨胀系数对最大热应力的影响。实验结果表明:热对流对透镜温升的影响不足1%,热辐射对透镜中心温升的影响为13.3%。透镜中心温度随光源及透镜表面发射率近似呈线性变化,最大热应力也随热膨胀系数呈线性变化。最大热应力集中在透镜的边角处,而最大变形总位移却位于透镜中心。因此,在大功率LED透镜设计过程中,在满足光学要求的前提下,可考虑涂覆低发射率的涂层来降低透镜温度。同时,为减小热应力及热变形,应尽量避免边角结构,选择热膨胀系数较小的材料。