挥发分火焰对碳粒燃烧的影响

建立了球坐标系下传热、传质、化学反应全耦合的煤粉燃烧数值模拟程序．通过煤粉与事先脱除挥发分的焦炭的对比实验及数值模拟,研究了挥发分火焰对碳粒表面一次产物CO火焰的点燃及碳粒燃烧的影响．傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测温实验及煤粉燃烧动态过程的数值模拟结果不仅进一步验证了碳粒着火初期CO火焰所引起的颗粒高温现象,而且给出了挥发分引燃表面反应一次产物CO的直接证据．由于挥发分火焰的引燃作用,碳粒可以在较其非均相着火温度为低的温度下被点燃,阐明了Juntgen提出的联合着火方式的物理本质．     

碳粒燃烧能量分配系数的数值计算

应用改进的移动火焰锋面(MFF)模型对碳粒燃烧的能量分配系数进行了研究,得到了考虑CO在颗粒边界层内燃烧及CO2发生表面还原反应的能量分配系数表达式．在一实际煤粉火焰条件下,计算了可在单膜(SF)模型中直接应用的可比能量分配系数,并与传统SF模型的取用值进行了比较．计算结果表明,碳粒直径越小,平均能量分配系数越大;随着碳粒温度的升高,能量分配系数下降．在本文的计算条件下,平均能量分配系数约为0．7,平均可比能量分配系数值高于0．5,远大于传统单膜模型(SF-CO)计算的可比能量分配系数0．3．     

强迫对流条件下碳粒燃烧速率的研究

本文对强迫对流条件下碳粒的烧过程提出了一个简化模型。在此基础上对碳粒的燃烧过程进行了数据模拟，求出了不同工况下碳粒的燃烧速率，并给出了碳粒边界层内的浓度分布和温度分布。与实验结果的对照表明，该模型在Ｒｅ＜２００时是合理的。     

供油提前角对直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历程的影响

介绍了采用同步双成像技术研究供油提前角对直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历影响的研究结果。研究结果表明：增大供油提前角时,着火会发生在燃油停止喷射后。停喷后着火和停喷前着火相比,其着火瞬间的喷雾场和此后的燃烧场、碳粒场的变化历程有明显不同。增大供油提前角可以减少燃烧过程前期的碳粒生成量,进而降低碳粒排放。     

氧化环境中碳粒的弱反应研究

本文探讨了氧化环境中相对静止的碳粒在偏离冻结流情况下的解。     

小缸径直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒生成过程试验研究

本介绍了作采用同步高速摄影技术和图象分析技术研究柴油机缸内碳粒生成和氧化过程的研究结果。研究结果表明：在柴油机燃烧过程中碳粒最早出现在燃烧室内有空气渗混的富油区；速燃期内高温富碳燃烧区的形状与着火前一时刻喷雾场的形状相吻合；富油区大直径油滴的燃烧裂解和活塞顶隙处外溢燃气的低温燃烧是柴油机产生碳烟微粒排放的主要原因。     

CO_2效应对煤焦颗粒增氧燃烧影响的数值研究

采用考虑炭粒表面氧化还原反应以及气相CO-O_2反应的连续膜模型,在增氧燃烧中添加一定量的CO_2并采用Ar来调节煤焦颗粒表面温度,分析O_2浓度效应、CO_2化学效应及热效应对煤焦颗粒表面燃烧速率的影响.结果表明:当增氧燃烧系统中O_2体积分数从21%提高到26.5%时,煤焦颗粒表面温度升高154K,燃烧速率增大,且着火时间和燃尽时间均提前;在煤焦颗粒增氧燃烧过程中,O_2浓度效应对煤焦颗粒表面燃烧速率的影响占主导作用,其次是CO_2化学效应,而热效应的影响最低,三者影响的相对贡献率分别为56.4%、25.7%和17.9%.     

直喷式柴油机燃烧室形状对碳粒形成过程影响的试验研究

本文介绍了作者采用可视化技术和图象分析技术研究直喷式柴油机燃烧室形状对燃烧室内喷雾场和燃烧碳粒场影响的研究结果。分析了四角形燃烧室和盆形燃烧室喷雾发展历程和燃烧碳粒场发展历程，找出了四角形燃烧室碳粒排放量较低的原因。     

O2/CO2气氛下考虑斯蒂芬流的碳粒燃烧模型

针对富氧燃烧中的O2/CO2气氛,考虑表面氧化反应、表面还原反应和斯蒂芬流,建立了新的碳粒燃烧理论模型.实验表明,与未考虑斯蒂芬流的模型相比,该模型的预报结果与实验值符合得更好.对斯蒂芬流影响的分析计算显示,无论斯蒂芬流存在与否,燃烧速率均随氧体积分数(20%和30%)、粒径(100～240,μm)、表面温度(1,750～1,900,K)、环境气体温度(1,200～1,400,K)的增大而增大,但由于斯蒂芬流阻碍了反应气体向颗粒表面的扩散,减缓了反应进程,因此在本文计算条件下,新模型计算得到的燃烧速率比未考虑斯蒂芬流的情况低1/4～1/3.     

静止气氛中单碳粒燃烧非稳态过程的影响因素

针对单个碳颗粒在静止气氛中的燃烧过程,进行了包括详细的物理和化学模型在内的瞬态数值模拟。研究了粒径收缩、初始粒径(50～200μm)、环境氧气的体积分数(9%～21%)和气相温度(1 200～1 600 K)对燃烧过程的影响。结果表明：碳粒燃烧过程中,碳粒表面温度先逐渐升高后迅速下降至环境温度,峰值温度出现在碳粒半径为35～45μm的范围内;碳粒收缩过程符合d₂定律,推导得到的碳粒单位面积燃烧速率?与粒径r_s的反比例关系式可用于对碳粒燃烧速率的预测计算;碳粒燃烧过程的特征值只取决于当前的颗粒直径,与其先前的演变过程无关;碳粒粒径越小,温度越低,化学动力学对燃烧过程的控制能力越强;初始碳粒半径相同时,升高气相温度或环境氧气的体积分数不会改变燃烧过程特征值的基本变化趋势,燃烧速率和碳粒表面温度均随气相温度或环境氧气体积分数的增大而增大,其中气相温度升高会导致碳粒表面温度达到峰值时的粒径减小。     

煤焦燃烧NO释放规律研究

用单颗粒模型研究了煤焦燃烧时焦碳氮转变成ＮＯ的过程。模型中考虑了炭粒内部和外部温度和组分浓度的变化,在源项的处理上采用了简单的化学反应动力学机理模型。应用有限差分法对温度和组分浓度方程进行了离散化,并用Ｇａｎｓｓ－Ｓｅｉｄｅｌ迭代法对所得到的离散方程求解。计算结果表明,颗粒粒径、环境ＮＯ和Ｏ２浓度对焦碳燃烧过程中ＮＯ形成及还原都有重要的影响。     

基于辐射强度多波长分析的燃烧火焰温度测量方法的实验研究

在研究中,多波长分析用于丁烷－空气混合气体燃烧火焰的温度测量,在测量系统中采用光纤光谱仪对处于可见光波段（５００￣１４００ｎｍ）中的燃烧火焰辐射进行测量,并胜仗火焰温度。测量结果表明,由于采用光谱分析的方法,波开的选择对测量结果的影响明显减小,因而测量结果的稳定性大大提高。其次,采用这种分析方法,还能够找到火焰单色辐射黑度的变化规律。最后,在多波长分析的具体实现步骤中省略了双色法所必需的火焰绝对辐     

旋流非预混火焰长度的实验研究与理论预测

在旋流非预混燃烧条件下,测量了变燃料量和变燃烧室压力工况下的火焰长度。采用基于直喷射流火焰建立的Fr模型、Fr_f模型及无量纲热释放率Q~*模型对火焰长度进行预测,将预测结果进行旋流修正后与实验结果进行比较。结果表明:随着燃料量的增大,火焰长度增大,这是由于形成火焰表面所需的空气卷吸增强所致;而随着压力的增大,火焰长度减小。3个模型的旋流修正结果均准确地预测了火焰长度的变化趋势,其预测值均高于实验值,预测值分别是实验值的1.2倍、1.7倍及1.3倍。基于3种模型,将实验数据进行拟合,得到新的关联式,提出了一种基于雷诺数的计算方法。     

随机堆积床内过滤燃烧特性的实验研究

本文提出了一种可视化燃烧室,用于对3种尺寸的随机堆积结构开展过滤燃烧实验,该结构分别由直径为5,10,15 mm的氧化铝颗粒堆积而成。通过搭建燃烧平台,研究了不同颗粒直径堆积床中火焰的燃烧波高度、火焰传播速度、火焰温度及排放特性。结果表明：在可燃工况下,颗粒直径5 mm堆积床中火焰最高温度随火焰传播过程减小,火焰传播速度变快;而在颗粒直径10和15 mm堆积床中火焰最高温度随火焰传播过程增大,火焰传播速度变慢。     

生物质熔融碳酸盐燃料电池排气催化燃烧实验研究

在自行研制的催化燃烧实验平台上,研究使用4种不同催化剂的生物质熔融碳酸盐燃料电池排气的催化燃烧反应特性,结果表明:总体趋势上,催化燃烧的反应效率随着催化燃烧室入口温度的提升而提高;生物质气高温燃料电池排气中氢气的体积浓度对催化反应特性有很大影响,在氢气浓度低于3%的时候,催化燃烧反应效率随着氮气浓度的提高而明显增加;不...     

废气再循环方式对汽油机燃烧和颗粒排放特性的影响

研究了不同废气再循环(EGR)方式下,汽油机的燃烧与颗粒排放特性.结果表明,由进气道引入废气的分层废气再循环(分层EGR)方式与由节气门前引入废气再循环(总管EGR)方式相比,汽油机稳定燃烧的EGR率范围大,而且前者比后者的汽油机指示热效率高.在相同负荷下,分层EGR方式下汽油机连续循环中各个循环的指示平均有效压力比总管EGR方式下的更加集中,前者的燃烧更稳定.两种EGR方式下汽油机排气中单位体积内的核态颗粒物和表面积数随着EGR率的增加而降低,而且在相同EGR率下,分层EGR方式下的值比总管EGR下的值高.单位体积内积聚态颗粒物数和总表面积随着EGR率的增加,先减少后增加,但在相同EGR率下,分层EGR方式下的值要比总管EGR下的值低.     

高风温无焰燃烧及其火焰特性的实验研究

对丙烷的高温低氧空气燃烧及其火稳特性进行实验研究,并对其工业应用进行探讨。研究表明：在助燃气流温度高于800℃,含氧体积浓度低于15％的条件下燃烧,火焰体积明显增大;火焰边缘无稳定形态,火焰亮度减弱,颜色明显改变,含氧浓度越低,稳定燃烧所需助燃气流温度也越高。该种燃烧工业应用的关键在于有高效蓄热体吸收同炉高温烟气显热以产生高温空气,同时组织炉内氧浓度气流。     

基于火焰辐射图像的温度分布与浓度分布联合重建

讨论了基于火焰辐射图像的截面温度分布和碳粒浓度分布的重建测试方法。分析并建立了测试系统理模型和优化模型，设计了相应的求解算法，针对电站锅炉燃煤火焰进行了实际测试。计算结果与实际测试结果进行比较和分析，温度分布和浓度分布与模型重建结果比较接近，表明重建结果合理、可信。