考虑辐射传热的自适应化学理论数值计算

通常实际湍流火焰中不同燃烧区域的化学反应特性大不相同，且辐射在热传递过程中扮演了非常重要的角色.采用辐射模型离散坐标DO法来完善自适应化学理论.基于详细化学反应机理，在不同区域使用不同的简化反应模型来进行化学项的求解.针对甲烷/空气预混火焰，对其燃烧行为进行了合理的重现，考虑辐射模型之后的计算结果与试验结果吻合得更好.     

锥形反应器内甲烷空气预混燃烧数值研究

基于CFD组分输运有限速率化学反应模型,对锥形反应器内甲烷-空气预混燃烧化学反应过程进行数值计算。得到了预混燃烧过程反应器内混合组分的速度场、流函数、温度场、湍动能及甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氧气、一氧化氮、水蒸气的相态分布云图。预测了化学反应机理,并给出了反应方程式。计算结果可为进一步深入探究复杂燃烧反应机理提供一定的理论指导。     

转底炉平焰烧嘴燃烧过程的数值模拟

分别采用涡耗散模型和非预混燃烧模型模拟烧嘴内的燃烧条件.结果表明,增加煤气喷入速度和降低空气喷入速度,C_xH_y,CO和H_2的消耗速率及CO_2和H_2O的生成速率减小,火焰长度增加.相同计算条件下,采用涡耗散模型计算的高温区域比非预混燃烧模型计算的高温区域集中;煤气喷入速度增加,涡耗散模型计算的回流区域减小,空气喷入速度增加,回流区域略有增加,煤气喷入速度和空气喷入速度变化对非预混燃烧模型计算的回流区域无影响.涡耗散模型预测流场分布更准确,非预混燃烧模型预测温度分布更准确.     

燃烧器不同因素对燃料转化率影响的数值计算

随着天然气、煤层气的不断开采和广泛应用,对甲烷-空气非预混燃烧特性的研究显得尤为重要.基于涡耗散理论,采用有限容积法建立组分燃烧与输运控制方程,针对长2 m,直径为0.9 m的圆筒形燃烧器内甲烷-空气非预混燃烧过程进行数值计算.分析了组分不同入口流速、温度对燃烧过程燃料转化率的影响.结果表明:随着空气入口流速的不断增加...     

预混火焰在平板狭缝中淬熄的数值研究

通过模拟甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰在平行板狭缝中传播与淬熄,获得了不同速度预混火焰在不同避面温度不同大小狭缝间距中传播的淬熄距离,研究了预混火焰传播速度、狭缝间距、壁面温度与淬熄长度之间的关系式,并对甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰的淬熄特性进行了比较.     

煤粉燃烧过程中硫组分详细反应机理评估及简化

空气分级燃烧等低NO_x燃烧技术广泛应用于电厂锅炉,以降低炉膛出口NO_x浓度,但实际应用过程中会造成锅炉水冷壁腐蚀,严重影响煤粉锅炉的安全运行。为了准确预测锅炉水冷壁附近H_2S浓度,运用Chemkin软件对已建立的H_2S生成详细反应机理模型进行评估并简化。验证C/H/O详细反应机理与H_2S生成详细反应机理的耦合性,表明GRI-3.0能更好地预测煤粉富燃料燃烧过程中重要组分浓度分布;将耦合后的机理作为起始机理,与其他学者建立的硫详细反应机理进行比较,结果表明,本课题组的硫组分详细反应机理模型能够较好地描述煤粉燃烧过程中气态硫组分的演化,将CS_2作为重要硫组分进行研究,能够更好地预测硫组分浓度分布;通过简化结果比较,选择基于误差传递的直接关系图法(DRGEP)的简化结果作为硫组分简化反应机理,包含15个组分和28个基元反应,并在1 373～1 673 K验证,表明该简化机理适用于煤粉富燃料燃烧过程中硫组分浓度分布预测。     

O2/CO2气氛中水蒸气预混CH4燃烧特性与烟气余热梯级利用方案

对O2/CO2气氛中甲烷预混水蒸气燃烧特性及主要污染物生成进行了数值模拟研究,在加湿燃烧的基础上提出一种全新的清洁燃烧方式,即在保证甲烷流量一定时,通过改变入口处水蒸气的质量分数,研究水蒸气预混比Rf(0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4和0.5)对燃烧流场、燃烧组分和污染物浓度的影响。结果表明,随Rf增大,燃烧反应速率上升、燃烧效率提高且污染物排放量降低。模拟所得甲烷预混水蒸气的最优气氛为81%CH4/19%H2O,提出了一种高效节能的O2/CO2气氛下水蒸气预混CH4燃烧与烟气余热梯级利用方案。     

CO2/海泡石抑爆剂对氢气/甲烷爆炸特性参数的影响

为了氢气/甲烷预混气体的安全使用,选用CO₂-海泡石粉体气固两相材料作为抑爆材料,通过20L球形爆炸装置测试了海泡石粉体及其浓度对氢气/甲烷预混气体的爆炸特性参数及抑制效果进行实验研究。结果表明,在不同的喷气压力下,粉体的分散性是不同的,造成了粉体最佳抑爆浓度的产生。二氧化碳单独作用下,氢气/甲烷预混气体在氢气添加比例较低时具有较好的抑制效果,对50%以上氢气添加下的氢气/甲烷预混气体的抑制效果较差。而CO₂和海泡石粉体两相抑制剂作用下复合抑爆剂对含氢气较高的氢气/甲烷预混气体具有较好的抑制效果。此外,本文结合海泡石粉体的元素组成及热解特性分析其氢气/甲烷抑爆机理。     

含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH₃火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH₃作为燃料的燃烧特性,对含NH₃燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH₃/CH₄/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH₃/H₂/air、NH₃/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH₃燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现：含NH₃燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O₂分子的消耗而生成,主要通过与NH_i（i=0, 1, 2）自由基反应消耗;含NH₃燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH₃的含NH₃燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。     

基于REDIM方法构建的亚网格燃烧模型及其应用

将近年发展的详细反应机理简化方法:反应-扩散流形(REDIM)方法与假定滤波密度函数相结合,构造了新的亚网格燃烧模型。由于REDIM方法既能描述快速反应状态又能描述扩散过程起主导作用的慢速反应状态,因此新构造的燃烧模型理论上可用于计算扩散和化学反应均起重要作用的湍流部分预混燃烧及分层燃烧模式。为了验证其性能,利用新模型对基准的Darmstadt湍流分层火焰燃烧器进行了大涡模拟(LES)计算:首先分别采用粗、细两种网格对无反应湍流状态进行了计算,以检验网格精度;随后对一个有分层效应的湍流燃烧状态进行了计算。LES计算得到的速度、温度、组分等统计信息与实验结果吻合良好,验证了新亚网格燃烧模型在预测湍流分层火焰方面的能力。