微型缩放喷管中氢气/空气预混燃烧实验研究

在最大内径2mm,喉部内径1mm的微型缩放喷管中进行氢气/空气的预混燃烧实验,获取稳燃范围、壁面温度、火焰起始位置等燃烧特性。缩放的喷管结构相比于等直径的圆直管和T形管拓展了稳燃范围,合适的当量比下,入口流速在3.4~41.4m/s的范围内火焰根部能稳定在缩放段燃烧。壁面温度和火焰位置受到流速和当量比的双重影响。壁面温度最大值出现在燃料稍有富余,当量比为1.4时。火焰起始位置随流量的增大向下游移动,随当量比的增大先向上游移动后向下游移动。通过选择合适的当量比和流速,能控制微喷管内的燃烧温度和位置,为微推进、微喷射等系统的设计和改进提供依据。     

声场作用下甲烷部分预混火焰不同当量比和流速对NOx生成的影响

采用Rijke型脉动燃烧试验台,利用火焰直拍图像、NOx采集系统,对声场作用下甲烷部分预混火焰在不同当量比和流速下的NOx生成特性进行了比较和分析.结果表明,随着当量比的增大,在3.3～4处NO排放因子(NOemissionindex,EINO)出现拐点φEI,当量比小于φEI时,EINO随当量比的增大而先增后减;当量比大于φEI时,EINO随当量比的增大而增大.当量比在2～4时,混合气流速对EINO的影响较小;当量比大于4时,EINO随着流速的增加而增加,但相对于稳态燃烧,EINO随流速增加的速率明显减小,原因在于,流速的增大致使火焰长度增加,燃料在高温区域停留时间变大,而相对于稳态火焰,脉动声场的作用使火焰长度变短.     

钝体燃烧器火焰变化过程的速度分布特性

实验测量了变工况钝体回流扩散燃烧速度场，定量确定钝体回流燃烧火焰和中心射流主导火焰的转换曲线，分析了燃空速度比对燃烧稳定性的影响。实验中利用粒子图像速度场测量(PIV)技术对不同燃空速度比下的钝体回流扩散燃烧流场进行了测量，考察不同火焰的结构特性及其内部流动状况。由火焰的速度场出发，确定了钝体回流燃烧火焰和中心射流主导火焰的转换曲线。根据测量所得数据发现燃空速度比是决定钝体轴线上最小速度大小及相对位置的主要因素，燃空速度比是决定钝体轴线最小速度与钝体表面距离的重要参数：随着燃空速度比的增加，轴线上最小速度与钝体表面的相对距离先迅速增加，后略有降低，然后再次迅速增加；轴线上最小速度与燃空速度比成线性关系，随着燃空速度比的增加，轴线上最小速度不断增加。     

CH_4/O_2/He混合气体作大气压介质阻挡放电处理后其燃烧特性的改变

低温等离子体助燃技术在提高燃烧效率和拓展燃烧极限方面表现出良好的应用前景。为此,利用大气压介质阻挡放电对CH4/O2/He混合气体进行处理,对低温等离子体增强燃料燃烧的特性开展了研究。建立了介质阻挡放电助燃装置,对预混燃烧火焰图像进行采集并从中提取火焰燃烧锋面,采用本生灯法对等离子体作用下预混火焰传播速度进行测量,并与等离子体关闭时火焰传播速度进行比较分析,以此评价等离子体增强燃烧的效果。结果表明:在不同当量比(Ф)工况下,无论有无等离子体作用,随着Ф增加,火焰传播速度均先增加后减小,Ф=1时达到最大值;对CH4/O2/He混合气体进行等离子体放电处理后,其火焰传播速度在不同当量比作用下都有所增强,在当量比为0.85~1.15的范围内,燃烧速度增加17%~35%,因此可以认为等离子体对预混甲烷燃烧有显著强化作用。     

卧式旋风燃烧器燃烧特性数值模拟研究

以某液态排渣卧式旋风燃烧器为研究对象,对卧式旋风燃烧器内燃烧特性进行了数值模拟研究,分析了燃烧器旋风筒几何结构尺寸及二次风布置方式对燃烧特性的影响。结果表明,旋风燃烧器的旋风筒长度及尾部缩口直径对燃烧器燃烧特性影响明显,旋风筒长度及尾部缩口直径过长或过短,均会影响煤粉停留时间及旋风筒外圈气流大小,进而影响燃烧器燃烧强度及整体温度水平;本次数值模拟工况下,旋风筒最佳相对长度Lx/Dx=1.3,旋风筒缩口直径相对长度ds/Dx=0.4;二次风布置相对位置旋风筒内流场起主导作用,二次风布置离旋风筒前锥角越远,卷吸回流较弱,燃烧强度较弱,因此升温较慢;尾部回流因二次风喷口后移而加强,燃烧强度大高温区前移,整体温度水平下降,因此二次风布置位置相对靠前燃烧强度及整体温度水平更有益。     

三菱M701F燃气轮机单筒燃烧室内三维燃烧特性研究

针对三菱M701F天然气燃气轮机燃烧室建立全尺寸三维单筒燃烧室物理模型,兼顾主燃烧区贫预混燃烧模式和值班火焰扩散燃烧模式的组合特性,采用部分预混燃烧模型,对该单筒燃烧室内的燃烧特性进行了数值模拟研究,获得了满载荷运行工况下全尺寸燃烧室的流场、温度场和污染物分布情况;同时计算分析了不同空气过量系数下过渡段出口面最高温度、平均温度、温度分布系数OTDF以及NO_x含量的变化情况。结果表明,随着空气过量系数的增大,最高温度、平均温度及NO_x含量均逐渐下降,温度分布系数OTDF则呈逐渐上升趋势。     

甲烷对冲扩散火焰NOx生成动力学特性研究

根据NOx化学基元反应机理,通过化学动力学方法研究了甲烷燃烧不同工况下NOx的生成特性,分析影响NOx生成的主要因素。研究结果表明:甲烷对冲火焰基元反应机理GRI-Mech2.11对NO浓度预测值比GRI-Mech3.0更接近实际试验值;燃烧速度梯度增加,甲烷燃烧着火提前,NO的排放浓度降低较多;燃烧当量比减少,燃烧高温区域增加,NO的排放浓度基本没有变化;采用高温空气燃烧技术时,降低高温空气中的氧量可以有效降低NOx的排放。     

乙醇小尺度射流扩散火焰燃烧温度及稳燃特性EI北大核心CSCD

对自由射流和受限射流乙醇小尺度扩散火焰的燃烧温度及稳燃特性进行了实验研究。结果表明:火焰在静止空气中燃烧会经历淬熄前火焰、稳燃火焰、振荡前火焰、振荡火焰4个不同的状态。受限空间和自由空间下,火焰峰值温度随雷诺数增大均会经历增大,稳定和减小3个阶段,自由空间下,其温度最高可达1300K。尾部烟气温度随雷诺数先增大后保持稳定,其温度最高可达480K。只有当内径小到一定程度,玻璃管壁温才会随雷诺数有较大增加,其温度最高可达370K。随着受限空间内径的减小,火焰的燃烧上限明显降低,且均比自由空间时的低,而燃烧下限几乎均与自由空间时相同。在本实验范围内,热熄火是淬熄的主要因素,而燃料的不完全燃烧则是火焰由稳定燃烧转变为振荡燃烧的主要因素。     

乙醇小尺度射流扩散火焰燃烧温度及稳燃特性

对自由射流和受限射流乙醇小尺度扩散火焰的燃烧温度及稳燃特性进行了实验研究。结果表明:火焰在静止空气中燃烧会经历淬熄前火焰、稳燃火焰、振荡前火焰、振荡火焰4个不同的状态。受限空间和自由空间下,火焰峰值温度随雷诺数增大均会经历增大,稳定和减小3个阶段,自由空间下,其温度最高可达1300K。尾部烟气温度随雷诺数先增大后保持稳定,其温度最高可达480K。只有当内径小到一定程度,玻璃管壁温才会随雷诺数有较大增加,其温度最高可达370K。随着受限空间内径的减小,火焰的燃烧上限明显降低,且均比自由空间时的低,而燃烧下限几乎均与自由空间时相同。在本实验范围内,热熄火是淬熄的主要因素,而燃料的不完全燃烧则是火焰由稳定燃烧转变为振荡燃烧的主要因素。     

300 MW机组四角切圆煤粉炉空气与富氧燃烧对比模拟研究

富氧燃烧作为一种清洁能源技术可用于锅炉改造,从而降低污染物排放,回收CO2。为研究空气气氛下和富氧环境中炉膛燃烧的不同,采用数值模拟方法研究了亚临界300 MW机组四角切圆煤粉炉炉膛内燃烧的传热特性。通过调整O2体积分数、进入炉膛的烟气比率以及一次风和二次风量,可以得到和空气气氛下燃烧相近的火焰温度。研究了7种工况下的炉膛流场、温度场、O2、CO2、CO体积分数分布,以及它们在炉膛横截面平均体积分数随炉膛高度变化。模拟结果表明:不论是在富氧燃烧还是空气气氛下燃烧,炉膛内的流场分布相似,但是在同样的O2体积分数下下,将N2替换为CO2后会使炉膛内温度下降,火焰中心下移;增加O2体积分数可以改善传热特性,增加煤粉燃烧的稳定性。