扩散火焰模型

扩散燃烧原理广泛应用于燃料加热设备技术中。该类火焰的主要参数是火焰长度。研究表明,火焰射流中会形成煤气质团,质团中完成煤气的燃尽过程,这一过程可利用加速波理论予以描述。根据这一理论求出了火焰长度的表达式,并将计算结果与实测结果经行了对比。还以平炉为例,计算了火焰喷口断面积。图3参12扩散火焰模型@郭伯伟     

煤颗粒在流化床中着火和燃烬特征研究

根据煤的经典着火理论，从建立煤在流化床中燃烧的热平衡方式入手，建立煤颗粒在流化床中着火和燃烬的热力模型，并用褐煤在小型电加热流化床上进行了试验研究。研究表明对宽筛分煤和窄筛分煤，着火温度既是煤颗粒自身性质的函数也是运行条件的函数。当其他条件确定以后，着火时间和燃烬时间随流化床温度的变化而平滑变化。随着燃烧进行，灰层阻力的作用越来越显著。对流化床锅炉而言，当煤颗粒含碳量降到一定程度后，即认为燃烧结束是可以接受的。     

正庚烷对冲扩散火焰中多环芳烃形成机理的简化

使用敏感性分析对正庚烷对冲扩散燃烧火焰中多环芳烃生成的详细反应机理(包括108种组分、572个基元反应)进行简化,得到了可与CFD多维模型耦合计算的简化机理,该机理包括56种组分、83个基元反应.简化机理和详细机理的计算结果非常吻合,表明得到的简化机理能够精确地描述正庚烷对冲扩散火焰的燃烧特性,并且能够定量预测多环芳烃(例如苯、萘、菲、芘等)的生成.     

单颗粒煤粉着火特性的数值分析

建立了模拟静止的单颗粒煤粉着火燃烧过程的气相和固相耦合的质量、组分和能量守恒方程组,采用不同脱挥发分模型研究了不同热力氛围下单颗粒煤粉的着火延迟时间和着火模式等特性．基于热力着火理论的煤粉异相着火和均相着火判据,确定了不同热力氛围下煤粉颗粒发生着火模式转变的临界参数．结果表明,采用化学渗透脱挥发分(CPD)模型预报的煤粉着火延迟时间比双挥发反应模型更加准确．在21%的氧气体积分数下,环境温度为1 500 K时,煤粉着火模式发生转变的临界粒径为150μm;环境温度为1 100 K时,其临界粒径为300μm.     

燃料型NO在对冲扩散火焰中的生成和还原特性

在CH4/空气对冲扩散火焰的燃料侧人为地掺混一定体积分数的NH3或HCN,数值模拟燃料型NO的生成和还原.模拟使用CHEMKIN和GRI3.0反应机理.结果表明,NO的生成和还原集中在火焰锋面,在火焰中心附近体积分数值最大.在燃料侧,NO的体积分数分布与燃料N的含量及NO初始体积分数值相关,而在空气侧主要受燃料N的影响.不加燃料N时,火焰中NO主要为热力型NO,受拉伸的影响大于燃料的影响;加入燃料N时,火焰中的NO主要为燃料型NO,受燃料体积分数的影响大于拉伸的影响,含量相同时NH3比HCN有更明显的促进NO生成的作用.     

单颗粒燃料滴在高温氧化环境中着火规律的研究

本文在前人对单个油滴着火规律研究的基础上，通过分析着火过程中油滴周围气相温度场、浓度场的特点，提出了油滴着火的分区反应模型，得到了直观的着火条件解析表达式。在此基础上，预报的临界着火温度与环境氧浓度的关系，与实验结果符合得很好。另外，用这个着火条件结合油滴加热过程的分析计算，得到了着火延迟时间与各因素的关系，与实验结果对比，证明了这种分区近似法是一种预报、分析油滴着火过程的较简单、准确的方法。     

用瞬态光谱技术对柴油机着火时刻的火焰光谱的初步研究

介绍了自行研制的光纤燃烧传感器配合OMA4光通道分析系统,在国内首次对柴油机的着火时刻火焰光谱进行了测量和分析。实验表明:燃烧过程中产生大量自由基,波长主要集中在紫外区和一部分可见光区;碳粒子的连续热辐射谱对测量结果有很大的影响。并验证了Fenimore关于碳氢燃料快速型NO机理。     

流化床中单颗粒纤维素热解模型研究

为了研究生物质热解过程，该文对纤维素这种生物质中主要组份的流化床热解过程进行了数值模拟。模型在合理选取动力学模型的基础上考虑了单颗粒纤维素在流化床热解过程中由扩散和对流所引起的热量传递，包括了各种重要的气、液相热解产物的质量传递以及颗粒内部压力对过程的影响。计算结果显示，即使是对非常小的颗粒，热解反应热对热解过程的影响也至关重要；而无论是在大颗粒还是小颗粒中，热解液相中间产物流动对能量、质量传递的影响以及挥发份参加颗粒内二次反应的份额则可以忽略。计算还得到不同粒径颗粒热解的产物分布。总体来说，该模型为我们提供了一个探究纤维素热解细节的机会。计算结果可以为实际热解反应器的设计和运行提供依据。     

受辐射加热的煤粉颗粒群着火模型

本文建立了仅受辐射加热的煤粉颗粒群着火的不稳态模型。通过数值模拟，研究了煤粉浓度与颗粒群的着火方式、着火时间和着火温度等的关系。     

甲烷/空气扩散火焰中碳烟颗粒的三维形貌演变

采用热泳取样技术获取了甲烷/空气扩散火焰中不同高度的碳烟颗粒,并通过原子力显微镜研究了碳烟颗粒的三维形貌随火焰高度变化的演变规律.研究所选高度下碳烟微粒的三维形貌反映出了碳烟微粒在扩散火焰中形成的各个过程,即成核、表面生长、团聚和氧化.当火焰高度HAB从30,mm增加到45,mm时,单碳烟粒子平均粒径从8.72,nm增加到11.36,nm;当HAB45,nm时,单碳烟粒子平均粒径逐渐降低;单碳烟粒子的球度比主要分布在0.01~0.30之间,表明这些碳烟粒子的碳化程度较低,呈类液态;球度比随着颗粒体积当量直径的增加而增加,且随着HAB的增加球度比随体积当量直径的增加速率变快,说明单碳烟粒子碳化程度与颗粒大小和火焰高度相关.     

单煤粉颗粒着火特性的激光辅助高速摄像测量

针对煤粉的着火特性,基于平面火焰燃烧器,应用自行开发的连续激光辅助高速摄像的测量方法对煤粉颗粒的着火过程进行了连续捕捉,系统地研究了空气条件下着火过程中的单煤粉颗粒的尺寸、形貌、温度和着火延迟特性.研究发现环境温度1 800 K的空气气氛下,粒径分布为74～98μm的神华烟煤为均相着火;煤粉颗粒析出的挥发分首先氧化燃烧并形成球形的包覆火焰;待挥发分消耗后,继而发生煤焦异相的着火燃烧;煤粉颗粒温度分布进一步证明了煤焦燃烧是非均匀的.     

基于化学爆炸模式分析方法的二甲醚对冲扩散火焰中NOx排放机理研究

研究了化学爆炸模式分析(CEMA)方法在NO_x排放机理中的应用及可行性,揭示了主导NO_x排放路径的作用机理,并确定了NO_x排放的关键反应动力学因素。结果表明：CEMA方法可以准确表征NO_x排放路径;在化学当量等值面,基元反应R309(N+NO=N₂+O)和R371(CH+N₂=HCN+N)分别在低、高全局拉伸率下对NO_x的排放影响最显著,减小其反应速率能极大地控制NO_x的排放量。     

单颗粒固体燃料燃烧火焰光谱特性研究

燃烧是固体燃料热利用的主要方式,掌握固体燃料燃烧过程动态特性对提高热转化效率及设备的安全运行有重要意义.本研究将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于单颗粒固体燃料不同气氛条件下的燃烧产物(包括H,O,N,CN,Na,K)的变化特性研究,同时获取激光击穿产物后穿过火焰的残余能量,结合高速相机获取的固体燃料点火图像,分析...     

甲烷火焰中氢气对着火与燃尽的影响

利用化学反应动力学机理研究了甲烷－空气预混火焰添加H2的着火和燃尽特性。通过分析计算,讨论了氢气对甲烷燃烧过程及着火温度、燃烧速率、燃尽时间的影响。结果表明,甲烷火焰中少量氢气的存在不仅可以降低甲烷的着火温度,而且可以显著增大燃烧速率,缩短燃尽时间,这些结果与已有的实验结果吻合。     

均相着火后挥发分燃烧的移动火焰锋面模型

建立了在介观尺度内,考虑挥发分在颗粒边界层内均相着火及燃烧的移动火焰锋面模型(简称MFFVC模型).此模型弥补了挥发分现有计算方法中未考虑颗粒边界层内挥发分着火燃烧的不足.与挥发分现有计算方法相比,MFFVC模型预报与Jost实验数据符合更好.MFFVC模型与扩散控制的挥发分燃烧(DLVC)模型预报一致,但火焰锋面确定条件相比更具有物理意义.MFFVC模型采用高温下可燃气体着火体积分数极限的概念来确定挥发分均相着火,这与利用Semenov准则判断着火的有限容积火焰锋面(FVFM)模型预报一致.     

一次风速度对煤颗粒群着火特性影响的实验研究

利用Hencken型平面携带流反应器,研究了一次风速度对两种高挥发分褐煤和一种贫煤射流着火特性的影响.实验结果表明,低雷诺数(Re=878)条件下,贫煤煤粉气流先后发生外层单颗粒着火燃烧和内层颗粒群着火燃烧,煤粉颗粒着火和燃烧轨迹十分规则.但在高雷诺数(Re=4,392)条件下,贫煤煤粉气流更难形成群燃火焰,呈现出暗红色火焰.随着一次风速度的增加,尽管煤粉颗粒的停留时间减小,但湍流强度的增加使颗粒加热速率以及挥发分析出的强化作用占主导,使得煤粉气流的着火距离减小.此外,群燃火焰在挥发分聚集到一定程度后产生,是颗粒群燃烧的特有现象,而煤种挥发分含量的增加和有效聚集有利于群燃火焰的出现.     

单颗粒圆柱状型煤的燃烧模型

建立了单颗粒圆柱状型煤的燃烧模型，改变成型压力，温度，粒径等参数，计算了型煤燃烧失重率与温度间的关系，图4表4。     

甲醇中低温着火延迟时间的计算模型

研究了甲醇在中低温条件下的氧化特性,通过对详细反应机理的分析,得到一个九步的骨干机理,在1,500,K下其着火延迟时间预测值与详细机理的预测值基本一致.通过理论分析着火感应期内占主导作用的自由基行为,最后得到了一条能用于估算甲醇中低温着火延迟时间的显式公式.该公式显示甲醇在中低温下的着火延迟时间主要取决于CH3OH+HO_2→CH_2OH+H_2O_2的反应速率.该反应对甲醇在中低温下氧化特性有重要的影响.     

湍流氢气扩散火焰中磷酸三甲酯的抑制效果

基于湍流氢气-空气扩散火焰,对磷酸三甲酯(TMP,(CH3O) 3PO)的火焰抑制效果进行了数值研究,使用一阶条件矩封闭模型作为湍流燃烧子模型.为了研究氢原子浓度减小的机理,对其相关的重要基元反应进行了分析.最后根据所获得的数值结果及火焰燃烧结构和抑制效果,对TMP的灭火特性进行了详细的讨论分析.     

有辐射热损射流扩散火焰条件矩模型数值模拟

假设火焰辐射区域为光学薄，将辐射计算的代数模型嵌入到条件矩模型中（CMC（rad）），对甲烷－空气射流扩散值班火焰进行了模拟。并将此模型的模拟结果分别与实验和未考虑辐射热损的条件矩模型（CMC（ad））的结果进行了比较。结果表明采用代数模型计算辐射热损失是合适的，且考虑辐射的条件矩模型对温度场和NO的浓度的模拟结果相比未考虑辐射热损条件矩模型的模拟结果，与实验结果符合得要好。