Swiss-roll型微燃烧器的燃烧数值模拟

建立了Swiss-roll型微燃烧器的燃烧模型,采用FLUENT软件对微燃烧器中甲烷/空气的燃烧特性进行了数值模拟,研究了甲烷/氧气的当量比为1时流速不同对微燃烧器内燃烧的影响。计算结果表明,Swiss-roll型微燃烧器有利于甲烷在微燃烧室内的充分燃烧。     

微细直管内甲烷燃烧的数值模拟研究

采用计算流体力学方法对二维微细直管内甲烷和空气的预混燃烧进行了数值模拟,研究了燃烧器尺寸、壁面导热系数、对流换热系数、壁面厚度以及粗糙度对于燃烧的影响。模拟结果显示,燃烧器内径的变化、壁面导热系数、对流换热系数和壁面厚度的变化影响了热量在壁面内的传递和流体内径向温度的传递,使得燃料点燃和燃烧稳定性受到影响,甚至导致燃烧停止。壁面粗糙度增加了燃烧器内流体的扰动,增强了流体与壁面和流体内的换热,导致燃烧稳定性受到影响。模拟结果为设计和开发高效稳定的燃烧器提供了参考。     

甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟

用详细化学反应机理研究了微型直通道中甲烷／空气预混气体在镀Pt热壁上的催化燃烧问题．联合使用计算流体力学软件FLUENT和可以计算表面催化反应的化学反应动力学软件DETCHEM，对微型直通道中当量比在0．01～10．0范围之间的甲烷/空气预混气体的催化燃烧进行了数值模拟．计算结果表明，在微尺度催化燃烧中当量比和温度对甲烷催化转化率、转化速度有重要的影响．     

甲烷在过量焓燃烧器内的燃烧特性

设计了一个通道截面为7 mm x0.6 mm的等速螺线过量焓微燃烧器,并在其中完成了CH4/空气预混气的燃烧实验.通过数据采集系统得到了微燃烧器端面的温度分布,使用气相色谱法分析了烟气成分.实验结果表明,过量焓燃烧器能够通过逆流换热有效地实现热量回收,提高可燃预混气进入燃烧区前的温度,有利于微尺度火焰的稳定,并在较宽的空气过量系数范围内实现甲烷/空气预混气在燃烧器的中心稳定燃烧.当空气过量系数大于1时,甲烷可以实现完全燃烧;当空气过量系数小于1时,烟气中存在H2和CO,但无残留的甲烷.     

燃烧室结构对微燃烧器内甲烷燃烧的影响

为了合理设计微燃烧室,建立了微燃烧室内的湍流燃烧模型,采用Fluent软件对不同结构微燃烧器中甲烷/氧气的燃烧特性进行了数值模拟.甲烷/氧气的当量比为1,混合气流量为200mL/min,入口温度为300K,并比较了不同结构微燃烧室内燃烧情况的差异.计算结果表明,随着燃烧器的长度和宽度增加,燃烧室内的温度升高,甲烷的浓度下降.     

甲烷/空气混合物在微小型钝体燃烧器中的燃烧特性

为了实现在淬熄距离以下的稳定燃烧,试验设计了两种带钝体的回热型燃烧器,研究预混甲烷在高度小于淬熄距离的燃烧室中的燃烧特性。燃烧器的燃烧室高度为2 mm,长度为20 mm,进口处安装了边长为1mm的等边三角形钝体或相同尺寸的"V"形钝体,并在上下两侧设置了预热通道。利用Fluent6.3软件对甲烷/空气在这两个燃烧器的预混燃烧做了数值模拟,确定了浓度极限和速度极限,并对稳燃机理进行了分析。与三角形钝体燃烧器相比较,"V"形钝体燃烧器的稳燃范围更大。在所给出的稳定燃烧工况下两者的燃烧效率均在99%以上,甲烷/空气的混合气体能够完全燃烧。但当进气速度较小同时当量比较大时会发生回火现象。     

惰性多孔介质内天然气预混燃烧的数学模拟评述

天然气在惰性多孔介质内的预混燃烧是一个包含燃烧、辐射、对流及导热的复杂过程，从数学模拟的角度，比较了几种不同的甲烷-空气化学反应模型，研究了多孔介质内辐射传递方程的不同求解方法，并且分析了多孔介质的导热系数、对流换热系数等对燃烧器性能的影响。     

柴油机活塞温度场和耦合应力计算

采用AVL BOOST软件对活塞的工作过程进行计算,得到了活塞的换热边界条件和最高燃烧压力;在此基础上,采用ANSYS有限元软件对组合式活塞有无冷却时的温度场和耦合应力及变形进行了分析计算;另外对活塞的连接螺栓进行了应力强度考核。     

中心轴插式等离子体点火特性数值模拟

以Fluent软件为计算平台,针对中心轴插式等离子体点火燃烧器内部三维湍流流场及点火特性进行数值模拟,计算煤粉混合物在通过整个燃烧器时内部温度场、着火过程成分变化和煤粉的燃尽率等,分析其点火燃烧器内部的燃烧特征.分析了在给定来流条件下,不同等离子体喷枪功率下,点火煤粉燃烧器内中心截面温度分布;分析了点火煤粉燃烧器内CO、O2和CO2的质量浓度分布与温度分布的关系.     

侧插式等离子体点火特性数值模拟

以Fluent软件为计算平台,针对侧插式等离子体点火燃烧器内部三维湍流流场及点火特性进行数值模拟,计算了煤粉混合物在通过整个燃烧器时内部温度场、着火过程成分变化等。分析了在给定来流条件下,等离子体功率对燃烧器出口横截面、中心纵截面温度场局部及整体分布和燃烧器中心轴线上温度特性曲线的影响。分析了点火燃烧过程中CO2、CO、H2O和O2的质量浓度分布与温度分布的关系。     

Numerical studies of wall effects with laminar methane flames

Wall effects in the combustion of lean methane mixtures have been studied numerically using the CHEMKIN software. To gain a deeper understanding of the flame-wall interaction in lean burn combustion, and in particular the kinetic and thermal effects, we have simulated lean and steady methane/air flames in a boundary layer flow. The gas-phase chemistry is modeled with the GRI mechanism version 1.2. Boundary conditions include an inert wall, a recombination wall and catalytic combustion of methane. Different pressures, wall temperatures and fuel-air ratios are used to address questions such as which part of the wall effects is most important at a given set of conditions. As the results are analyzed it can be seen that the thermal wall effects are more significant at the lower wall temperature (600 K) and the wall can essentially be modeled as chemical inert for the lean mixtures used. At the higher wall temperature (1,200 K), the chemical wall effects become more significant and at the higher pressure (10 atm) the catalytic surface retards homogeneous combustion of methane more than the recombination wall because of product inhibition. This may explain the increased emissions of unburned fuel observed in engine studies, when using catalytic coatings on the cylinder walls. The overall wall effects were more pronounced for the leaner combustion case (φ = 0.2). When the position of the reaction zone obtained from the boundary layer calculations is compared with the results from a one-dimensional premixed flame model, there is a small but significant difference except at the richer combustion case (φ = 0.4) at atmospheric pressure, where the boundary layer model may not predict the flame position for the given initial conditions.     

氢气预混合微尺度催化燃烧的数值模拟

通过耦合计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN并采用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及预混合气体入口速度、当量比Φ和管径对催化燃烧反应的影响。计算结果表明：表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;当量比Φ和管径对氢气的催化燃烧过程有重要的影响。     

柴油机燃烧多环芳香烃前驱体等物质的化学动力学研究

为了揭示混合气浓度对柴油机排放的影响规律,采用正庚烷氧化详细反应机理及化学动力学分析软件对不同燃空当量比下柴油机燃烧初级碳烟粒子前驱体等重要反应中间产物或自由基的形成及发展历程进行了数值模拟．模拟结果表明,降低混合气浓度可以实现低温燃烧,使燃烧温度远离“碳烟形成温度窗”,大幅度降低柴油机碳烟排放．混合气浓度对反应中间产物或自由基有重要影响,通过改变混合气浓度可以控制燃烧过程中多环芳香烃(PAH)前体物乙炔(C2H2)、炔丙基(C3H3)及其他重要物质羟基(OH)、过氧羟自由基(HO2)、过氧化氢(H2O2)、甲醛(CH2O)和一氧化碳(CO)等的生成量,从而实现控制柴油机排放．     

氢气/空气预混合微尺度催化燃烧

通过耦合专用软件FLUENT和CHEMKIN并采用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及预混合气体入口速度和管径对催化燃烧反应的影响.计算结果表明,表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;入口速度和管径对氢气的催化燃烧过程有重要的影响,在入口速度较小时,燃烧主要是空间气相化学反应,随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素,在入口速度较大时,燃烧主要是表面催化燃烧过程;随着管径的减小,微型管道内反应的最高温度降低.此结果为在微型动力系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据.     

地下组合受限空间油气爆炸实验与数值模拟研究

隧道、地下储油库、人防工程、地下物资仓库等地下建筑物都是典型的受限空间结构。一旦发生油气爆炸燃烧，爆炸压力波和火焰的传播将受到众多因素的影响。通过实验和数值模拟的方法研究了在洞库地下组合受限空间中油气混合物由弱点火引起爆炸燃烧的发展过程，以及爆炸压力波和火焰经局部扰动后的变化过程，并将数值模拟结果与实验结果进行了对比和综合分析，得到了地下组合受限空间油气爆炸过程的基本参数，揭示了爆炸过程中组分、湍流对燃烧与压力波发展影响的规律。研究结果对地下受限空间油气爆炸过程的进一步研究以及爆炸灾害的预防都具有参考价值。     

甲烷-空气燃烧过程中NOx生成机理和影响因素分析

使用Kintecus化学计算软件数值模拟甲烷一空气预混燃烧，得到反应过程图像．对燃烧模型中38个反应路径进行了敏感性分析，试图找出简化模型的量化方法，并分析它们对NOx污染物生成的影响．研究发现敏感性分析图像能够更细致、更形象地描述不同反应对于燃烧过程和NOx生成影响的本质，补充了化学反应机理．     

Effect of partially premixed and hydrogen addition on natural gas direct-injection lean combustion

Effect of partially premixed mixture and hydrogen addition on natural gas direct-injection lean combustion was studied experimentally using a constant volume vessel. Flame propagating photos and pressure derived combustion parameters were analysed at different premixed ratios (from 0% to 80%) and hydrogen fractions (from 0% to 40%) at overall equivalence ratio of 0.6, 0.8 and 1.0, respectively. The results show that the flame kernel is concentrated to the spark position with the increase of premixed ratio and/or hydrogen fraction. Flame propagating speed is decreased with the increase of premixed ratio while it increases as hydrogen is added to natural gas. Hydrogen addition has little effect on the partially direct-injection natural gas combustion at the stoichiometric fuel-air mixture condition and all premixed ratios. However, hydrogen addition significantly enhances the combustion rate of natural gas direct-injection combustion at lean mixture condition. Both the initial and main combustion durations are increased with the increase of premixed ratio, while they show the decreasing trend as hydrogen is added to natural gas at the lean mixture condition. Partially premixed direct-injection combustion combining with hydrogen addition can achieve the stable spark ignition and fast combustion at the lean mixture condition.     

喷油策略对伞喷柴油机工作过程影响的数值模拟研究

对一种新型柴油机喷嘴进行了可视化试验与模拟计算.应用三维CFD（Computational Fluid Dynamic）软件模拟了两种喷雾形式下不同喷油参数对柴油机混合气形成、燃烧及排放的影响,得到了最佳的喷油策略.结果表明,相对于复合喷雾,伞形喷雾在混合气形成方面存在一定的优势,对燃烧和排放有较大改善;混和气形成较好,燃烧效率高,指示油耗较低,碳烟二次氧化迅速.并且伞形喷雾中,采用小的索特平均直径,高的喷射速度,能够使发动机性能得到较大地改善.     

火花塞对缸内汽油直喷增压发动机油气混合影响研究

针对三种不同火花塞,利用STAR-CD软件对某缸内汽油直喷(GDI)增压发动机在1 500 r/min全负荷工况下缸内的油气混合进行了CFD分析,得到发动机在点火时刻气缸内及火花塞附近混合气的空燃比及流场分布,并评价了缸内滚流、湍动能及油气均匀性参数。分析结果表明,在点火时刻,三种火花塞周围湍动能和缸内油气场特性略有差异。但总体上来说,对点火性能影响不大,为GDI发动机的火花塞设计和使用提供了理论依据。