多孔介质微燃烧器的稳燃范围的数值研究

应用计算流体力学软件Fluent,对氢气/空气预混气在部分填充多孔介质的微平板燃烧器中的实验现象进行了模拟,研究了多孔介质热导率、壁面热导率、多孔介质孔隙率对稳燃范围的影响.模拟结果表明:稳燃范围的大小与多孔介质热导率呈正相关趋势,较高的多孔介质热导率将会拓宽稳燃范围;随着壁面热导率的增加,稳燃范围与壁面热导率呈V型比例;多孔介质孔隙率也是影响稳燃范围的一个重要因素,在0.5~0.9的区间内,随着孔隙率的增大,稳燃范围也随之增大.     

多孔介质回热微燃烧器的扩散燃烧

设计了多孔介质回热微燃烧器.进行了微燃烧器的扩散燃烧特性实验研究,得到了其燃烧效率、出口尾气温度、壁面温度和热损失率随燃烧热功率和过量空气系数的变化规律.实验发现,在较宽的操作范围内,微燃烧器具有较高的燃烧效率和出口尾气温度,而且随着燃烧功率和过量空气系数的增大,微燃烧器的壁面温度和热损失率反而减小.分析表明,采用回热夹层和多孔介质相向的进气方式,使得反应气体的流动方向与散热方向相反,有效回收了热量损失,提高了微燃烧器的热效率和出口尾气温度.所设计的多孔介质回热微燃烧器对开发微燃烧透平发电系统具有重要应用价值.     

多孔介质燃烧器的辐射输出效率和污染物

使用双温度体积平均模型、详细化学反应机理GRI3．0，对甲烷，空气预混气在多孔介质燃烧器内的预混火焰进行模拟．分析不同当量比和质量流量下的预热效率、辐射输出效率以及污染物排放情况，并对辐射输出效率随多孔介质热物性参数的变化进行敏感性分析．结果表明，增大相间对流换热系数或减小当量比、质量流量及固相消光系数都可以提高辐射输出效率，减小当量比或质量流量可以减少污染物排放．在所有的影响因素中，当量比的影响最大，发展超贫燃燃烧技术是获得高效低污染多孔介质燃烧器的关键．     

天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧启动特性

针对天然气在渐变型多孔介质燃烧器中的点火启动过程进行了试验研究,通过监测燃烧器壁面或气体温度在点火后的变化,得到了影响启动时间的因素及特性,对特定的燃烧器而言,启动时间与预混气体当量比、流速以及点火位置有关,在冷态下点火,随着当量比接近理论当量比,启动时间减小;混合气体流速增大,启动时间增大;点火位置从燃烧器外移到燃烧器人口时,启动时间可大大缩小,采用小流速、近理论当量比条件下点火,对多孔介质层预热,有利于火焰迅速向上游移动,然后再调整到需求当量比或流速,可以大大减小燃烧器启动时间,采用孔径变化率高的渐变型多孔介质结构,也可以达到缩短启动时间的目的。     

多孔燃烧器中氨/空气燃烧特性数值研究

氨具有氢密度高、生产成本低、基础设施完善等优点,作为一种潜在的可再生替代燃料受到了广泛的关注。目前,仅有少数研究关注氨气燃烧喷嘴的研究,针对氨气稳定燃烧喷嘴的研究尤其不足。为实现氨燃料的稳定燃烧和低污染物排放,本研究提出了一种氨用多孔介质燃烧器。对氨用多孔介质燃烧器建立了二维数值模型,并对预混氨/空气在多孔介质燃烧器中的燃烧性能进行了评价,考察了不同进口速度u₀、当量比Φ和多孔介质导热系数对氨/空气火焰特性和NO排放的影响。结果表明,多孔介质燃烧器能在u₀ = 3 ~ 7 m/s和Φ = 0.9 ~ 1.2条件下稳定燃烧;随着多孔介质导热系数的增大,火焰最高温度下降且火焰位置向上游移动;减小进口速度和增大当量比能够显著降低NO的排放。     

多入口多孔介质燃烧器的数值模拟

在多入口燃烧器内加入多孔介质,以甲烷/空气为燃料,采用非预混燃烧的数值模拟方法,探究多入口燃烧器的燃烧情况.对比多孔介质燃烧与空间自由燃烧,分析了"超焓燃烧"现象;在多孔介质燃烧基础上,探究不同当量比对燃烧温度的影响;在多孔介质燃烧和不同当量比的基础上探究污染物CO和CO_2的排放情况.结果表明:多孔介质燃烧可以实现"超焓燃烧"特性,燃烧火焰温度高于自由空间燃烧温度;当量比对燃烧温度影响很大,随着当量比的增大,燃烧器内最高燃烧温度升高,但燃烧过程存在一个最佳当量比0.6,超过该当量比后最高温度将不再变化;多入口多孔介质燃烧有助于减少CO和CO_2的生成量.     

壁面覆盖部分多孔介质方腔自然对流流动的数值模拟

多孔介质壁面封闭腔体的自然对流在生产实际中有重要的应用。针对左侧部分多孔介质壁面方形封闭腔体,基于有限元法对封闭腔体的自然对流换热进行了数值模拟,得到了在不同Ra、孔隙率条件下腔体内空气的温度分布、速度分布。结果表明:随着Ra的增大,腔体内的流场及温度场发生了明显的变化,多孔介质壁面孔隙率的变化对腔体的流动换热的影响很小。     

回热式多孔介质发动机的排放特性分析

研究了回热式多孔介质发动机的排放特性.使用Ferrenberg所提出的回热式发动机模型,其多孔介质面热器在气缸中作往复运动.用改进的KIVA-3V程序进行了二维模拟.探讨了在不同当量比和孔隙率条件下,气缸内燃烧和排放特性.结果表明,回热式多孔介质发动机在燃烧和排放方面较之常规都有明显的优势.采用低当量比能有效地降低污染物的排放,而孔隙率的影响则与当量比有关.分析证明,采用多孔介质回热器是发动机实现稀薄燃烧的一条可供选择的途径.     

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。     

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。     

往复流多孔介质燃烧换热器热量提取的数值研究

通过一维双温模型,研究多孔介质中的燃烧特性和换热器的热量提取.预测的气体和固体温度曲线基本上为M型分布.数值结果表明,在往复流多孔介质燃烧器系统中,甲烷的贫可燃极限可以扩展到当量比0.15.当换热器的长度从6mm增大到14mm时,热效率由0.39增加到0.61.随着换热器长度和当量比的增大,热量提取效率增大.     

多孔介质回热微燃烧器预混燃烧特性研究

设计了多孔介质回热徽燃烧器,对微燃烧器内H2/Ak的预混燃烧特性进行了实验研究和数值模拟,实验结果表明,当过量空气系数1.0＜α＜3.0时,微燃烧器具有较高的燃烧效率,出口烟气温度和较低的燃烧热损失率,且燃烧热功率P越高,α越大,热损失率越小.当P=100 W时,其出口烟气温度最高可达到1 232 K,当α=3.0时,燃烧效率仍达到96.85％,而热损失率仅为14.87％.数值模拟结果表明,由于采用了回热夹层和多孔介质回热结构,有效地回收了热量损失,使得微燃烧器具有良好的热性能.证明设计的多孔介质回热微燃烧器是一种燃烧效率高、热损失率低的微燃烧器.     

渐变型多孔介质中预混燃烧温度分布试验

进行了预混天然气在等孔隙率渐近变孔径的多孔介质中的燃烧试验，用热电偶测量了燃烧室温度分布，并与单一孔径（d=1mm）的均匀多孔介质中燃烧结果进行了比较。结果表明，渐变型多孔介质燃烧器比均匀型多孔介质燃烧器具有更多的优点：燃烧室温度分布更加均匀，燃烧更加稳定，并能更好的适应当量比和流量／功率的变化，由于孔径的变化，多孔介质中气流扰动增加，有利于火焰的稳定，当量比和流速变化范围增大。     

基于多孔介质燃烧的端部辐射器的实验研究

设计了基于多孔介质燃烧技术的端部辐射器,研究不同预混气体流速(功率)下当量比对燃烧器燃烧稳定性、多孔介质内部温度、辐射器表面温度及其均匀性、污染物排放、辐射效率等特性的影响.结果表明,燃烧器辐射表面的温度均匀性较好.最大相对温差小于3%:多孔介质燃烧器可实现最低当量比0.33的稳定可持续燃烧;小功率燃烧时.多孔介质内部温度及端部辐射表面温度都随当量比增大而增加,且流量越大增加程度越大,可据此提出实现更高辐射表面温度的方案.实验工况范围内.最大辐射效率达23%;NO<,x>排放体积分数低于25×10<'6>,在当量比大于0.45时,CO排放体积分数均低于10×10<'6>.     

往复流多孔介质燃烧器的二维数值模拟与结构改进

对往复式惰性多孔介质燃烧器进行了二维数值模拟,模型的有效性通过实验数据进行验证.在燃烧器中分别填充4孔/cm泡沫陶瓷或小球,研究其内部的燃烧温度和压力损失.结果表明,由相同材料制成但结构不同的多孔介质对燃烧器内的高温区域和压力损失有显著的影响.孔隙率较大的泡沫陶瓷适合于布置在燃烧区,而孔隙率较小的小球适合于布置在热交换区域.改进燃烧器结构,即在燃烧器的中间布置泡沫陶瓷,而在两端布置小球.对于当量比为0.1的甲烷与空气混合气,得到了更为宽广的高温区域和适度的压力降.     

平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统

提出了一种厘米级别的平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统原理,即燃料氧化剂混合气相向穿过两块平行布置烧结多孔平板并在其表面形成稳定的火焰,实现燃烧器壁面温度远低于火焰温度的目的;进行燃烧器和微发电系统原型性能实验.在燃烧器烟气通道外壁面布置高导热系数薄匀热片能够有效改善热电模块热端温度场均匀性,从而提高系统安全性和输出性能.在燃烧燃料当量比(甲烷/空气)φ=0.6时,火焰温度高于800℃,壁面温度低于200℃,水冷条件下,商用碲化铋(Bi2Te3)热电模块热端150℃,系统可以获得8 V开路电压和1 W以上稳定输出功率,系统综合效率达1.6%.     

甲烷/空气预混回热循环微多孔燃烧数值分析

在热循环型微燃烧器中充入甲烷/空气预混合气体进行燃烧数值模拟,探究该类型燃烧器在加入多孔介质条件下,对燃烧效率和预混气体预热效应的影响。文中采用数值模拟并使用甲烷/空气二阶反应,对比燃烧器在没有加入泡沫陶瓷多孔介质的条件下,在某次反应过程中对微燃烧器的影响,同时还发现多孔介质可以明显地使燃烧器提高燃烧效率,减小热损失,减少污染尾气,而且能更好地回收反应产生的热量并预热未反应气体。     

稀混合气低速过滤燃烧的数值模拟与理论分析

应用一维数值模拟方法,研究了多孔介质引起的热回流效应、多孔介质的导热系数、系统的热损失、混合气当量比对燃烧波波速和反应区最高温度的影响.分别将燃烧区简化为无限薄和极其狭窄的区域,从理论上得到了低速过滤燃烧波波速和反应区的最高温度两个关系式,构成了两者的封闭解.利用数值模拟和理论分析求得的燃烧波波速和反应区的最高燃烧温度,取得了与实验结果相同的趋势.     

微型热光电系统多孔介质燃烧器性能的实验研究

为保证微型热光电动力系统能稳定、高效地工作,燃烧器壁面需有较高的温度,且分布均匀．对采用多孔介质结构的微型燃烧器进行了实验研究,分析了孔隙率、CH_4/O_2混合比等因素对燃烧器性能的影响．结果表明,采用多孔介质结构可以改善燃烧器内的燃烧传热过程；合理选择孔隙率和工况参数,可以优化燃烧器壁面温度分布,提高系统工作性能．     

相变储能堆积床传热特性的研究

基于多孔介质传热理论,建立了储能堆积床的传热模型.在此基础上分析了换热流体流量、温度、单元尺寸、相变材料导热系数和孔隙率等参数对堆积床传热特性的影响.研究表明,提高相变材料的导热系数,增大换热流体温差或减小单元尺寸对堆积床传热速率有明显提高,而提高换热流体流量,增大对流换热系数对传热速率的影响不明显.因而强化相变材料侧的传热过程是提高堆积床传热速率的有效途径.