基于彩色火焰图像的铝、硼纳米颗粒燃烧特性

用彩色数码相机拍照结合图像处理的诊断方法研究了铝、硼纳米颗粒的燃烧特性和机理,得到了铝、硼纳米颗粒火焰的形貌特征、温度分布及着火时间等。燃烧实验中使用多元扩散平焰燃烧器(Hencken燃烧器)提供可控的高温环境,利用固体颗粒乙醇溶解-超声分散-雾化-干燥的给粉方式产生高分散的纳米气溶胶,并在不同工况下对纳米颗粒火焰进行拍照。从所得彩色图片中提取红、绿、蓝三色通道信号,结合普朗克辐射定律获得颗粒的辐射强度信息及温度信息。结果表明:不同环境温度会导致不同的颗粒变温历程。高温环境下铝、硼颗粒经着火后颗粒温度逐渐下降,而低温下由于氧化层多晶相变的影响铝颗粒温度先缓慢升高而后缓慢下降,硼颗粒温度则几乎维持恒定。硼颗粒着火过程可分为着火延时和着火两个阶段,通过火焰图像定义了相应的时间,测得的硼颗粒着火延迟时间为1.17~2.98ms,着火时间为0.31~0.85ms。     

微自由活塞动力装置预热燃烧过程的实验研究

为使微自由活塞动力装置在一定初始条件下能够稳定可靠的着火燃烧,对均质混合气进行预热燃烧过程研究。搭建微自由活塞动力装置单次冲击着火燃烧试验平台,开展了带有预热装置的燃烧过程可视化试验研究;试验结果表明:对均质混合气预热,可降低压燃气体着火条件,提高着火燃烧可靠性,单次压缩冲程时间缩短,着火时刻提前,临界压然初动能降低。     

基于彩色相机的运动燃煤颗粒温度测量研究

基于McKenna燃烧器的平面火焰携带流燃烧器系统的燃烧环境,采用彩色相机测温系统对运动中的燃煤颗粒进行拍摄。彩色相机测温系统经过黑体炉进行温度测量标定后,利用其r、g波段的响应,采用双色法对燃煤颗粒的温度进行测量。测温系统的标定采用基于BP神经网络训练的方法进行,通过对蜡烛燃烧火焰的拍摄,将得到的颗粒温度与热电偶数据进行对比,验证了测温系统的可靠性。实验研究了燃烧器出口不同距离处燃煤颗粒的温度信息,结果表明,燃煤颗粒温度随颗粒到喷嘴出口距离的变化整体呈先上升后下降趋势。该结果为研究煤粉燃烧过程及着火机理提供了参考。     

微自由活塞发动机HCCI着火界限研究

开展微燃烧室里均质压缩燃烧(Homogeneous charge compression ignition,HCCI)可视化试验,进行定性分析,并以试验为基础建立三维数值模拟计算模型;基于丙烷燃烧化学反应动力学机理,提出自由活塞运动与燃烧过程耦合的计算方式,通过编写STAR-CD软件中的动网格子程序,对微燃烧室里均质气体压缩燃烧过程进行了数值模拟研究;分析了各种参数对微HCCI着火特性的影响,得出在理想模型下的压缩着火界限,即当量纲一参数压缩比不小于55时,均质气体总能压缩着火;并揭示泄漏对均质压缩燃烧过程的影响,得出在不同泄漏间隙尺寸下着火界限的变化情况,为微自由活塞发动机的设计提供一定的理论依据。     

直接起动阶段直喷汽油机运动特性的模拟

建立了直喷汽油机的三维数值模型和运动学模型,并进行了试验验证。模拟了直喷汽油机在直接起动过程中不同喷油策略和点火时刻下的燃烧特性、反转和正转过程的运动特性。结果表明：与单次喷油相比,采用两次喷油策略时,首个着火气缸内混合气燃烧后的最大气缸压力较大,而且其大小受到点火时刻的影响;首个着火气缸内混合气燃烧后的最大气缸压力较大,则直喷汽油机反转过程中转过的最大角度较大;在各种喷油条件下,第2个着火气缸在反转到其最大转角前2°左右点火,正转过程转速较高,有利于直喷汽油机的直接起动。     

基于PCCI燃烧模式下的工况扩展实现途径及参数耦合关系

压燃式发动机燃烧过程和排放直接受到燃烧室内燃油与空气的空间与时间分布状况影响,而油气混合的状况与燃油喷射参数息息相关。燃油喷射参数是燃烧边界条件的一部分,因此燃油喷射参数的优化是实现优化燃烧进程,降低NOx和Soot等排放不可缺少的手段之一。利用发动机燃油喷射参数实时控制系统试验研究了燃油喷射参数对压燃式发动机燃烧及排放的影响规律。同时结合燃料特性与燃油喷射参数藕合对压燃式发动机预混合压缩着火燃烧过程的影响,探索燃料特性与燃油喷射参数协同控制实现压燃式发动机高效清洁预混合压缩着火燃烧的潜力。     

锅炉内煤粉燃烧数值模拟研究

首先利用商业软件FLUENT建立了高炉内回旋区煤粉燃烧三维数学模型,随后分析了煤粉燃烧过程的速度场、颗粒轨迹,最后从不同煤比和不同富氧率2个方面对煤粉燃烧过程进行了研究,对今后高炉运行过程中怎样调整有十分重要的借鉴意义。     

反应压力对微小空间氢氧燃烧过程影响的数值分析

基于氢氧19步基元反应化学动力学机理,对微燃烧器氢氧燃烧过程进行数值分析.研究表明:受反应机理控制,反应压力对微小空间燃烧过程的影响呈现复杂的非线性特性;较高的反应压力有利于提高微燃烧器氢氧燃烧效率,减少表面传热损失对微小空间燃烧稳定性和充分性的不利影响;但高压下链终止基元反应的主导作用导致微小空间燃烧着火滞后时间增加,使DamkOhler数降低,从而不可能无限制地提高反应压力来强化微燃烧器的燃烧负荷率.     

低散热压燃点火天然气发动机的设计与试验

为实现单一燃料天然气的压燃着火，针对天然气自燃温度高的特点，设计了具有低散热结构的分隔式燃烧宣，同时设置了进气管空气加热装置和分隔室内陶瓷电热塞加热装置。实验研究了分隔宣通道尺寸、进气管空气加热温度、燃烧室陶瓷隔热涂层对天然气压燃着火过程的相关影响。     

电动自行车着火安全隐患的剖析

通过对目前电动自行车结构及功能进行综合分析，剖析其燃烧、自燃原因，提出规避和防止电动车着火事故的发生的措施。     

四角切圆锅炉炉内煤粉燃烧过程数值模拟

利用计算流体动力学软件PHOENICS 3.5对一台200 MW四角切圆水平浓淡燃烧煤粉炉进行数值模拟研究,采用多流体两相流动模型及煤粉燃烧综合模型,计算得出在垂直方向不同二次风风量分布的工况下,炉内各截面处的烟气温度、燃料浓度、燃烧产物组分浓度以及炉内辐射热流的分布。结果表明,在燃烧器出口处出现了高煤粉浓度和烟气高温区,并出现气固两相分离的现象,使得煤粉着火及时,燃烧器区域维持较高温度,并防止水冷壁结渣,炉内温度、炉膛出口氧量和飞灰可燃物的计算结果和试验结果相比,吻合较好。二次风分级配风工况下,下部燃烧器区烟气温度升高,但氧气推迟混入,相应位置飞灰可燃物有所增加。计算模型能够合理地模拟水平浓淡煤粉气流在大型锅炉炉膛内的燃烧过程,适用于运行工况的优化和炉内污染物的控制。     

Investigation of two-phase flow mixing mechanism of a swirl burner using an electrostatic sensor array system

A novel electrostatic sensor array was designed to measure particle concentration downstream of a swirl burner. The fundamental mechanism and the primary constituent elements of the sensor array were described. The root-mean-square magnitude of the measured electrostatic voltage was determined as an indication of the particle concentration. The accuracy of the electrostatic sensor array was calibrated by the optical fluctuation method. Local particle concentrations at different cross-sections of the measuring chamber were measured to investigate the diffusion characteristic of the pulverized coal particles. Electrostatic sensor array showed its ability in the field measurement in this work. The measurements indicated that the velocity of the inner secondary air had a significant effect on the diffusion of the pulverized coal particles. The particles concentrated in the center of the cross-section after leaving the burner. With the development of the gas–solid two-phase flow, the particles distributed like a ring shape. The radius of the particle ring increased with the increase of the velocity of the inner secondary air. But the effect of the velocity of outer secondary air on the radius of the particle ring is very slight. The maximum radius occurred when the velocity of inner secondary air was 21 m/s, which was favorable for stable combustion.     

立体分级燃烧对NO_x排放特性的影响

采用水平浓淡燃烧器及燃尽风联用的立体分级燃烧技术,对某台220 t/h燃烟煤、矩形炉膛锅炉机组进行降低NOx排放的改造,并对其进行试验研究.重点考察水平浓淡燃烧器、二次风配风方式和不同燃尽风份额对NOx排放量、炉膛温度水平、CO、CO2的影响规律.研究表明,采用新型水平浓淡燃烧器后,在强化燃烧的同时,可降低13%左右的NOx排放量;二次风配风方式对NOx排放影响明显,采用倒宝塔配风方式可降低NOx排放浓度至408 mg/m3;在燃尽风份额分别为0、0.21、0.31和0.43时,除出口氧量增加外,CO、CO2、飞灰碳体积分数变化不大,主燃烧区域温度水平总体呈降低趋势,燃尽区温度水平呈现先增加后降低趋势,NOx排放浓度持续降低.在未投三次风情况下,NOx排放浓度可降低到363 mg/m3.改造后,NOx排放浓度可稳定在450 mg/m3以下,为浓淡燃烧与燃尽风联用技术在大容量锅炉机组上的推广提供重要技术依据.     

基于Fluent的煤粉燃烧器风管流场数值模拟与分析

利用Fluent软件对煤风管道内气-固两相流进行模拟仿真,通过观察固体颗粒运动轨迹,对管道内冲蚀磨损进行研究分析。利用RNG k-ε湍流模型和拉格朗日离散相模型对燃烧器煤风管道内煤粉颗粒-空气两相流场进行耦合数值模拟,对比分析了输煤管在不同角度α时的流场特性和颗粒运动轨迹,发现当α≤15°时,管道壁面冲蚀磨损率有所降低;管道中除了存在冲蚀磨损,同时还伴随有摩擦磨损。通过对计算结果的分析和讨论,发现燃烧器设计的不合理因素,对煤粉燃烧器结构改进和相关参数优化有一定指导意义。     

低NOx排放的"风包粉"浓淡煤粉燃烧技术

提出了一种低ＮＯｘ排放的煤粉燃烧技术──“风包粉”浓淡煤粉燃烧技术。分析了这种技术降低ＮＯｘ排放的原理和技术措施，并指出这项技术在低ＮＯｘ排放的同时，还具有低负荷稳燃、高燃烧效率、防止结渣和防止高温腐蚀的性能。介绍了这项技术的一些试验结果和应用情况。     

On-line tracking of pulverized coal and biomass fuels through flame spectrum analysis

This paper presents a new approach to the on-line tracking of pulverized coal and biomass fuels through flame spectrum analysis.A flame detector containing four photodiodes is used to derive multiple signals covering a wide spectrum of the flame from visible,near-infrared and mid-infrared spectral bands as well as a part of far-infrared band.Different features are extracted in time and frequency domains to identify the dynamic ＂fingerprints＂ of the flame.Fuzzy logic inference techniques are employed to combine typical features together and infer the type of fuel being burnt.Four types of pulverized coal and five types of biomass are burnt on a laboratory-scale combustion test rig.Results obtained demonstrate that this approach is capable of tracking the type of fuel under steady combustion conditions.     

煤粉云火焰传播特性实验研究

煤矿开采中存在煤粉爆炸的重大安全隐患,本实验主要研究煤粉云的火焰传播,为预防和控制煤粉爆炸事故提供理论依据.实验采用粉尘云点火装置对煤粉在燃烧玻璃管中进行试验,通过改变煤粉云浓度探讨其对煤粉云火焰传播过程的影响,并利用高速摄影记录煤粉火焰传播过程.结果表明,点火电极在点燃煤粉云后,火焰沿着玻璃直管管壁竖直传播,火焰在传播过程中发出明亮的黄光并在玻璃直管上端端口形成蘑菇云状的火焰.当煤粉云的浓度为250 g/m3时,其燃烧时间远远小于浓度为500 g/m3和750 g/m3时的燃烧时间.当浓度分别为250 g/m3、500 g/m3和750 g/m3时,其火焰前锋阵面最大传播速度分别在100 ms、353 ms和310 ms时达到相应的最大值1.51 m/s、2.00 m/s和1.61 m/s.火焰前锋阵面达到最大速度的时间和火焰传播的最大速度随浓度的增加先增大后减小.     

实验室模拟高炉喷煤燃烧装置的设计

为制取未燃煤粉,计算未燃煤粉的燃烧率,利用内装耐火材料的耐热钢管模拟热风炉加热空气,在实验室模拟高炉风口煤粉的燃烧,设计了高炉喷煤模拟燃烧装置。与干馏法制取未燃煤粉相比,内置耐火材料的耐热钢加热空气燃烧装置制取的未燃煤粉的燃烧率高于干馏法。     

Effects of gas and particle emissions on wall radiative heat flux in oxy-fuel combustion

Oxy-fuel combustion exhibits combustion and heat transfer characteristics different from air-fuel combustion due to high concentrations of CO₂ and H₂O. This study evaluated the effect of gas and particle emissions on radiative heat transfer in oxy-fuel combustion of coal. For a hexahedral furnace, prescribed gas compositions based on combustion calculation were used to simplify the combustion reactions. The values of radiative heat fluxes (q_rad) were compared for different combustion modes, flue gas recirculation (FGR) methods, particle concentrations, furnace sizes and O₂ concentrations in the oxidizer. The radiation was calculated by the discrete ordinate method with gaseous emission predicted by the weighted sum of gray gases models (WSGGMs). The results showed that employing an optimized WSGGM is essential for the accurate prediction of q_rad in oxy-fuel combustion for gaseous fuels. The conventional WSGGM showed large errors for larger furnace volumes or under dry FGR conditions. With higher particle concentrations such as in pulverized coal combustion, however, q_rad was dominated by emission of particles. The effect of gas emissivity was not critical in the furnace with a mean beam length of 8.3m. Oxy-fuel combustion with wet FGR had higher q_rad than dry FGR. The O₂ concentration in the oxidizer was a key parameter for oxy-fuel combustion since increasing its value linearly increased q_rad.