甲烷和氢气在亚毫米微燃烧室内燃烧的试验对比

在碳化硅材料的亚毫米尺度微燃烧室内,针对甲烷和氢气两种不同燃料进行了燃料与氧气预混合燃烧的试验。利用热电偶测出燃烧室壁面温度并进行了分析。结果表明:在燃料和氧气的总体积流量相同时,燃用甲烷时燃烧室的壁面平均温度更高,但氢气的燃烧室壁面温度更加均匀,梯度更小;氢气比甲烷有更宽的可燃范围,试验时甲烷/氧气在总体积流量为700mL/min、混合比为化学当量比时燃烧不能进行,而氢气和氧气在相同条件下能够燃烧。     

材料和喷口直径对多孔介质微燃烧的影响

为了进一步优化微燃烧室的设计,以最大化提高微燃烧室的能量转换效率及微热光电系统的整体工作效率,在前期工作的基础上设计了不同多孔介质材料及喷嘴/燃烧室内径比的多孔介质微燃烧室.通过实验验证,针对多孔介质微燃烧室内的氢氧预混燃烧进行了数值模拟计算,研究结果表明,多孔介质材料,喷嘴/燃烧室内径比对微燃烧室内的微尺度燃烧有重要影响,微燃烧室在多孔介质材料为SiC, 喷嘴/燃烧室内径比为0.27时燃烧效率最高,有利于提高微热光电系统的整体效率.     

微热光电系统中的微燃烧研究

描述了一种新颖的MEMS动力源概念，即微热光电(TPV)系统。该系统将使用氢气作为燃料，每立方厘米体积能够发出1～10W的电力。微燃烧室是该系统中最重要的元件之一，为了获得较高的电能输出，燃烧室壁面的温度分布要求高而且均匀。由于微燃烧室面容比大，热损失显增加；着火困难并使火焰窒熄。为了测试微燃烧室内燃烧的可行性和确定影响燃烧的有关因素，进行了实验和数值模拟。结果表明燃烧室壁面能够得到要求的高温，且温度分布均匀。     

掺氢比对低排放燃烧室性能影响研究

为了探究传统天然气燃气轮机对氢气燃料的适应性,基于现役某型工业低排放燃气轮机结构和性能,用数值模拟方法分析了燃料中氢气比例对低排放燃烧室性能的影响,确定了燃烧室燃用甲烷和氢气燃料的换用性能。研究表明：在1.0额定工况,掺氢比小于等于30%时,燃烧室不发生回火,喷嘴内部和火焰筒肩部回流区的温度以及燃烧室的总压损失随掺氢比的升高而升高,NOx排放体积分数小幅升高,CO排放体积分数减少;当掺氢比大于30%时,燃烧室发生回火,喷嘴和火焰筒肩部回流区温度、总压损失、NOx排放体积分数大幅升高,CO排放基本为零。在其他工况下,负荷变化对燃烧室边界条件影响较为复杂,对喷嘴回火边界影响无单调性变化规律。     

多孔介质对微热光电系统燃烧室性能的影响

微燃烧室获得高且均匀的壁面温度分布对于微热光电系统是非常有利的.将多孔介质引入微燃烧室中进行燃烧试验,得到了有无多孔介质两种情况下不同混合气流量、不同氢氧体积比的燃烧状况及壁面温度分布.多孔介质具有较强的吸热及蓄热能力,能有效地改善传热过程,改变壁面温度分布.对于特定的燃烧室,当氢氧体积比为1.5∶1、混合气流量为1.83×10-5m3/s时,所得到的壁面温度分布基本满足微热光电系统的要求.     

直接碳燃料电池(DCFC)实验研究

直接碳燃料电池是一种高效、清洁的燃料电池技术,其原理是碳和氧气勿需气化和重整而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料利用率约达100%。自行组装了DCFC单体电池,工作温度为500～700℃;该电池采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂;石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂。对不同的电解质、不同的氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究。结果表明,KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为105mA/cm2和0.041W/cm2,开路电压达到0.74V。电流密度为45mA/cm2时,输出电压0.65V,可连续稳定运行20h。提出了热解-直接碳燃料电池联合系统,并以C10H22为例,分析了联合系统发电效率高达76.5%,表明该系统在未来集中式电厂中有很好的应用前景。     

直接碳燃料电池性能研究

直接碳燃料电池(DCFC)勿需碳和氧气气化、重整,而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料的理论利用率可达100%,是一种高效、清洁的燃料电池.文章所介绍的组装DCFC单体电池,以石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂,采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂,该电池工作温度为500～700℃.对不同工作温度、不同电解质和不同氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究.结果表明:随着工作温度的升高,电池输出性能有很大提高;KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min,温度为650℃时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为118mA/cm2和0.054 W/cm2,开路电压达到0.76 V.     

亚毫米通道内的氢氧预混合燃烧

在亚毫米尺度,尺寸效应带来散热损失的激增和燃烧驻留时间的急剧减少,使燃烧室内预混合气的着火和燃烧条件恶化.针对碳化硅材质的亚毫米矩形燃烧室,改变混合气的流量和当量比,测出了不同高度燃烧室内氢氧预混合气的着火界限分布,并通过燃烧室外壁面和出口温度的测量,分析得出亚毫米通道内氢氧预混合燃烧的特性.结果表明,亚毫米尺寸与常规尺寸相比氢氧预混合气的稀燃界限明显升高,但仍能在一定条件下实现稳定燃烧;测试条件下,外壁面温度随氢气流量的增加而升高,但燃烧的充分性降低;少量的过量氧气能提高外壁面的温度,并使温度分布更均匀;由于导热系数较高,碳化硅材质的燃烧室外壁面温度分布比石英材质的要更均匀.     

微细腔内甲烷-湿空气重整特性试验与数值模拟

针对甲烷-湿空气在微细腔内的自热重整,建立了直径为2mm的微细直管试验系统,采用试验研究和三维数值计算两种方法分析了微反应器内甲烷-湿空气自热重整转化特性,并重点分析了反应温度、原料气组分比例变化对重整反应中甲烷转化率和氢气产率的影响.结果表明：在相同的甲烷流量工况下,随着温度的升高以及空/碳比和水/碳比的增大,甲烷转化率和氢气产率均增大,其中空-碳比对甲烷转化率的影响比对氢气产率的影响大;进气质量流量较小的体系比较大的体系在重整产氢方面的效果好.试验和数值模拟得到的结果比较一致.     

微热光电系统带双环形翅片燃烧室的数值模拟

由于能量密度的极大优势,应用燃烧释放碳氢燃料的化学能并转化为电能或者机械能的微动力系统有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。微热光电系统是其中的一种,而微燃烧室是该系统的核心部件。在实验验证的基础上,对带有双环形翅片燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟。结果表明,双环形翅片能增强微燃烧室内混合气体的湍流扰动,改善燃烧状况,有效地提高燃烧效率。     

喷淋脱硫塔喷嘴外流动数值模拟与实验研究

建立了一个喷淋脱硫塔喷嘴数值模型,研究了影响喷淋脱硫塔内气液传质的喷淋液流量与液膜平均破裂长度、喷嘴初始喷射角、液滴平均粒径的关系。设计了专门的测试平台和单匝螺旋喷嘴,采用快速CCD和数码照相机拍照对液膜和液滴运动进行了测试和分析。模型计算和实验结果均表明:液膜平均破裂长度随喷淋液流量加大而减小;液滴平均粒径减小随喷淋液流量加大而减小;在喷嘴出口缝隙高度等于4.25 mm时,随流量的增大,喷嘴的喷射角随流量的增大反而变小,大于4.25 mm后,在同一喷嘴缝隙高度下,喷射角随喷嘴流量的增加而增加。     

选择性催化还原系统防沉积物堵塞喷嘴设计与喷射特性分析

针对选择性催化还原系统产生的沉积物易造成喷嘴堵塞,引起喷嘴管路背压过高及雾化喷射不均匀等问题,设计并研制了一种防沉积物堵塞喷嘴。该喷嘴通过调节喷嘴芯与螺套的锁紧量调定喷嘴的稳定喷射压力,并通过对喷嘴芯的最大开度进行机械限位,有效避免了尿素雾化喷射不均匀及NH 3逃逸等问题。对喷嘴的起闭特性与孔口径向截面的流量特性进行了理论分析,结果表明:当喷嘴因沉积物造成堵塞时,喷嘴芯开度随压力升高而增大,喷嘴孔口径向截面面积及截面质量流量也随之增大,有效提高了喷嘴内部沉积物的排出率,并降低了孔口外部沉积物的凝结风险。采用流体仿真软件Fluent对喷嘴的喷射特性进行了数值模拟,进一步探究了不同喷嘴芯开度及锥度角对喷嘴孔口径向截面面积、截面速度分布及截面流量特性的影响。最后,通过试验验证了喷嘴的喷射效果与开启压力精度。试验结果表明:采用该喷嘴后,喷嘴雾滴分布均匀,雾化效果良好,且在各稳定喷射压力下喷嘴均可以稳定开启,开启压力精度为±5%。     

共轨系统小压力室喷油嘴喷雾特性

柴油机喷油嘴是燃油系统和燃烧室之间的关键接口,对燃油雾化非常重要．设计加工了喷雾需要的单孔喷油嘴,检测了喷孔的入口和出口尺寸．喷油嘴经过液体挤乐研磨处理,并测试了喷油嘴在挤压研磨前后10MPa下的高斥流量．液体挤压研磨能够提高流量系数10％～15％．测得给定工况下试验喷油嘴的喷油规律和针阀升程,用Matlab编程得到的...     

稀土辐射器TPV利用高温余热发电的性能研究

利用热光伏(TPV)系统回收高温废气中的余热,并为余热型TPV系统选择适当的辐射器、滤波器和热光伏电池等组件,采用蒙特卡洛法对TPV系统进行了理论分析,同时对不同形式的TPV系统的工作性能进行了试验研究.结果表明:稀土辐射器的光谱选择性能和TCO滤波器的光谱过滤功能可使系统热电转换效率大幅度提高,但同时对系统的输出功率产生不利影响,尤其是TCO滤波器使系统的输出功率降幅较大;与太阳能光伏发电相比,余热TPV系统的发电成本较低,具有较好的经济性.     

流线形喷嘴时射流泵流场的数值模拟

为分析流线形喷嘴时射流泵的水力特性,采用紊流数值模拟方法,对流线形喷嘴时射流泵流场进行了三维计算。结果表明,随着流量比的增大,工作液流核区衰减得越慢,在喉管入口段工作液提升被吸液的区域有所减小;流量比越大喉管内紊动能最大值出现的位置会靠后且其数值会降低,两股液体混掺作用会变弱;喉管内压力随流量比的增大而逐渐降低且负压区范围有所扩大,最低负压发生在喉管壁处。同一流量比下,流线形喷嘴时射流泵的压力比略微高于圆锥形喷嘴时,但差别很小。流线形喷嘴时射流泵流场的计算成果,可为研究射流泵水力特性提供参考。     

Numerical analysis of Chevron nozzle effects on performance of the supersonic ejector-diffuser system

The supersonic nozzle is the most important device of an ejector-diffuser system.The best operation condition and optimal structure of supersonic nozzle are hardly known due to the complicated turbulent mixing,compressibility effects and even flow unsteadiness which are generated around the nozzle extent.In the present study,the primary stream nozzle was redesigned using convergent nozzle to activate the shear actions between the primary and secondary streams,by means of longitudinal vortices generated between the Chevron lobes.Exactly same geometrical model of ejector-diffuser system was created to validate the results of experimental data.The operation characteristics of the ejector system were compared between Chevron nozzle and conventional convergent nozzle for the primary stream.A CFD method has been applied to simulate the supersonic flows and shock waves inside the ejector.It is observed that the flow structure and shock system were changed and primary numerical analysis results show that the Chevron nozzle achieve a positive effect on the supersonic ejector-diffuser system performance.The ejector with Chevron nozzle can entrain more secondary stream with less primary stream mass flow rate.     

尾气颗粒对可变混流涡轮增压器喷嘴环冲蚀磨损特性的数值模拟

可变涡轮增压器在运行过程中其涡轮喷嘴环会受到尾气颗粒的冲蚀磨损,造成喷嘴环叶片失效和涡轮运行效果下降。借助CFD软件对可变混流涡轮内部的气固两相流进行数值模拟计算,分析喷嘴环开度的变化和颗粒粒径对喷嘴环磨损规律的影响。结果表明：喷嘴环处于不同开度下时,磨损率和磨损区域均有所不同,磨损区域主要集中在喷嘴环压力面的中后段区域,随着开度的增大,磨损率和磨损区域均减小,压力面的磨损程度明显大于吸力面;尾气中的小颗粒因惯性较小对气流的跟随性较好,主要撞击喷嘴环前缘,且开度对喷嘴环前缘的磨损影响较小;尾气中大颗粒的运动轨迹趋于直线,主要撞击喷嘴环压力面的中后段区域;由于涡轮进气涡壳结构的周向不对称性,使得涡轮内部流场沿周向分布不均匀,导致不同周向位置的喷嘴环磨损率和磨损区域有所不同,且随着开度的增大,各喷嘴环之间的磨损差异也增大。     

直接空冷凝汽器喷雾增湿系统的结构优化

应用气水两相流的传热传质理论,建立了600MW直接空冷机组空冷凝汽器喷雾增湿系统三维数学模型,利用CFD软件对该系统进行了数值摸拟,并分析了在喷嘴纵向布置时,喷嘴布置高度、喷雾方向、喷雾压力及喷嘴孔径对喷雾增湿效果的影响.结果表明:当喷嘴孔径越小、喷嘴流量越少时,空冷单元内所需的喷嘴数就越多,且雾滴雾化的细度越小,越有利于雾滴的均匀分布及其在空冷单元内的充满度,对喷雾增湿的效果越明显.当喷嘴孔径为0.4 m、喷雾压力为1.2 MPa、喷嘴以对称方式距风机栈桥中心线4 m、喷嘴高度为0.3 m及喷嘴方向在χy平面内与y轴正方向夹角为120°时,凝汽器压力降幅最大,比喷雾前降低了8.84 kPa.     

湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性研究

1引言石灰石/石灰-石膏湿法脱硫是目前的主流烟气脱硫工艺,其核心设备是脱硫吸收塔,较常用的塔型是喷淋塔[1]。雾化喷嘴是喷淋塔内的关键部件,雾化的优劣直接影响脱硫效率和脱硫剂的利用率。通常多用旋流压力式喷嘴,其中空心锥旋流喷嘴最为常见,系统地研究旋流喷嘴雾化特性对湿     

Simulation of the effect of scale deposition on a geothermal turbine

Dissolved chemicals contained in geothermal steam can lead to corrosion, erosion and deposition of scale on turbine blades, reducing their useful life. In addition, deposits on the blading system reduce the flow area of the turbine. The first-stage nozzle group is typically most affected by deposition of scale although scale may be present in other parts of the system. The most common deposits are of silica and calcium carbonate. This decreases the output capacity and efficiency of the turbine. This paper presents the results of simulations on the effect of scale deposition in the first-stage nozzle group on the steam pressure before and after the first stage, output capacity and efficiency of the turbine. By measuring the steam pressure before and after the first stage the change in the flow area can be estimated. A method of monitoring the percentage of nozzle plugging in real time is proposed. The method can be applied to any turbine that is susceptible to scale deposition.