同轴管甲烷逆流燃烧器中火焰结构与燃烧稳定性

用骨架反应机理对同轴管甲烷逆流燃烧器进行分析能够很好地了解火焰结构与燃烧器内的温度分布,并得到各处的火焰拉伸率及相关参数。随着空气流量(QA)的增加,火焰形状由扁平型变化为弯曲型,并逐渐将内管管口包覆,火焰厚度逐渐减小。当量比(ER)较大时,火焰附近温度与物质的分布较为稀疏,而ER较小时,其分布较为紧密。内管壁面上热通量Hf随着的QA增加而逐渐加强;总的传热量H在QA=2540 ml·min~(-1)达到最大。当ER≥3.00时,火焰拉伸率k开始时缓慢变化,在越过燃烧器内管边缘后快速增加,但最终不大于65 s~(-1)。在ER1.00时,火焰呈弯曲状,长度较长,k值变化剧烈,最大可以达到638 s~(-1),并在火焰末端k值变为负数,最小值为-262 s-1。     

甲烷/乙烷/空气预混火焰层流燃烧速度与火焰稳定性的数值研究(英文)

A numerical study on premixed methane/ethylene/air flames with various ethylene fractions and equivalence ratios was conducted at room temperature and atmospheric pressure. The effects of ethylene addition on laminar burning velocity, flame structure and flame stability under the condition of lean burning were investigated. The results show that the laminar burning velocity increases with ethylene fraction, especially at a large equivalence ratio. More ethylene addition gives rise to higher concentrations of H, O and OH radicals in the flame, which significantly promotes chemical reactions, and a linear correlation exists between the laminar burning velocity and the maximum H + OH concentration in the reaction zone. With the increase of ethylene fraction, the adiabatic flame temperature is raised, while the inner layer temperature becomes lower, contributing to the enhancement of combustion. Markstein length and Markstein number, representative of the flame stability, increase as more ethylene is added, indicating the tendency of flame stability to improve with ethylene addition.     

甲烷催化燃烧反应与甲烷传感器稳定性的研究

研究了甲烷催化燃烧反应活性及传感器稳定性的影响因素。结果表明,3％Pd／Al2O3催化剂具有较高的反应活性。催化剂、传感器结构、反应气体的传质过程和电桥的供电电压均影响传感器的稳定性。     

微小型凹腔燃烧器内甲烷/空气预混火焰特性

对有凹腔的微细通道内甲烷/空气的预混燃烧进行了实验研究,并与无凹腔的情况进行了比较。结果表明,无凹腔时,只出现了稳定或振荡的倾斜火焰;有凹腔时,在很宽的速度范围内火焰均能被有效地稳定,当进气速度接近吹出极限时,火焰锋面发生弯曲和脉动。当量比为0.8、0.9和1.0时有凹腔的微细通道的吹出极限分别为0.8、1.35和1.75 m·s-1,是对应进气条件下燃烧速度的几倍,这表明凹腔具有很强的稳燃能力。数值模拟结果表明,凹腔的斜壁与下游的水平壁面之间的转折点存在很大的速度梯度和剪应力,导致了火焰在高速下被拉断而吹出。总之,有凹腔的微细通道内火焰的稳定性主要由反应区和流场之间的相互作用决定。     

微小型凹腔燃烧器内甲烷/空气预混火焰特性

对有凹腔的微细通道内甲烷/空气的预混燃烧进行了实验研究,并与无凹腔的情况进行了比较。结果表明,无凹腔时,只出现了稳定或振荡的倾斜火焰;有凹腔时,在很宽的速度范围内火焰均能被有效地稳定,当进气速度接近吹出极限时,火焰锋面发生弯曲和脉动。当量比为0.8、0.9和1.0时有凹腔的微细通道的吹出极限分别为0.8、1.35和1.75 m·s^-1,是对应进气条件下燃烧速度的几倍,这表明凹腔具有很强的稳燃能力。数值模拟结果表明,凹腔的斜壁与下游的水平壁面之间的转折点存在很大的速度梯度和剪应力,导致了火焰在高速下被拉断而吹出。总之,有凹腔的微细通道内火焰的稳定性主要由反应区和流场之间的相互作用决定。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

全氧燃烧玻璃窑炉火焰空间的数值模拟

利用CFD软件FLUENT,通过加载k-ε湍流模型、渦耗散反应模型与DO辐射模型,采用数值模拟的方法对一座全氧燃烧玻璃窑炉的火焰空间进行计算,从而获得了实际工况下火焰空间的温度场、速度场及压力场.分析表明,喷枪口的错排有利于火焰空间温度场的均匀分布,适当抬高火焰空间碹顶的高度可以降低烟气对碹顶的冲刷.同时,降低火焰空间水蒸气的浓度,可以有效延长窑炉的使用寿命.     

基于简化反应机理的甲烷-空气爆炸增厚火焰大涡模拟

基于简化的单步反应机理,采用增厚火焰模型开展了管道内甲烷-空气爆炸大涡模拟,分析了Légier （TF1） 与Durand （TF2） 提出的两种火焰探测函数对模拟结果的影响。结果表明,大涡模拟能够精确预测管道内火焰传播过程中出现的郁金香形状与形成特征时间。尽管两种探测函数的火焰传播速度与超压的大涡模拟结果与实验基本一致,但TF2预测值更加精确。火焰探测函数对效率因子变化基本上没有影响,TF1对火焰的增厚效应要强于TF2。     

平板微反应器中甲烷蒸气重整与甲烷催化燃烧的耦合分析

针对间隔式甲烷蒸气重整与甲烷催化燃烧的平板微反应器,建立了二维稳态多组分传输反应的耦合模型,探讨在甲烷催化燃烧侧进口条件不变的情况下,甲烷蒸气重整侧进口速度以及反应通道长度对反应性能及热量匹配的影响.结果表明,可以通过调整重整侧甲烷进口速度来实现热量的良好匹配;增大反应通道的长度可以提高重整侧的甲烷转化率和降低反应器出口的温度.     

印刷电路板式换热器内超临界甲烷流动换热特性模拟

印刷电路板式换热器（printed circuit heat exchanger,PCHE）作为一种新型高效微通道换热器,将其应用在LNG浮式储存与气化装置（FSRU）上具有非常大的潜力。对超临界甲烷在PCHE通道中的流动和传热特性进行了数值模拟,结果表明：传热系数随温度先增大后减小,并在准临界温度（202～212 K）处达到峰值;压降随温度先保持不变,然后在准临界温度附近急剧上升,之后随温度增大的趋势变缓;当温度在准临界温度附近时,低质流密度下增大热通量会恶化传热;不同压力下传热系数均在准临界温度处达到峰值;温度低于准临界温度时,压力对压降的影响可以忽略,温度高于准临界温度时,压降随压力增大而显著降低;压力由6.4M Pa提高到8.5 MPa时,传热最大降低32.5%,压降最大降低28.5%;开发的换热和压降关联式平均误差分别为5.6%和4.2%。     

微型定容燃烧腔内C2~C4烷烃/空气火焰传播

在直径35 mm、高度2 mm光学可视的定容燃烧腔内,实验研究了常温常压静止乙烷/空气、丙烷/空气和正丁烷/空气预混气在燃烧腔中心由电火花点燃后向外传播的火焰传播特性。结果表明：3种燃料空气混合气可形成火焰传播的当量比范围不同,范围由大到小排序为乙烷>丙烷>正丁烷;3种燃料均存在由光滑火焰面向褶皱火焰面转变的传播形态;在微型定容燃烧腔内,3种燃料的火焰传播速度均低于常规尺度下定容燃烧弹内火焰传播速度,且火焰传播速度随半径增加而减小;随着当量比增加,火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象,在高当量比情况下,火焰传播会出现短暂停滞。     

竖直圆管内超临界甲烷冷却换热数值模拟

应用Lam-Bremhorst低雷诺数湍流模型对超临界甲烷在竖直管内的冷却传热进行了数值模拟,研究了质量流量、热通量、流动方向及密度变化对传热系数的影响。结果表明,竖直圆管内超临界甲烷冷却传热系数随质量流量的增加而增加;在似气体区传热系数随热通量的增大而增加,而在似液体区热通量对传热系数几乎没有影响;流动方向在似气体区对传热系数几乎没有影响,而在似液体区上升流的传热系数大于下降流的传热系数;密度变化在似气体区使传热系数增加,而在似液体区使上升流的传热系数增加,使下降流的传热系数减小。     

富水型热储层深井套管式换热器传热特性研究

基于所建立的深井套管式换热器井孔内、外非稳态传热模型,推导得到富水型热储层地下水渗流作用下深井换热器进（出）水管、固井水泥温度以及热储层过余温度的瞬态解析解。以示范工程现场监测数据与有限体积法数值计算结果为验证依据,探究热储层中渗流过程对于深井换热器传热特性的影响。计算得到,当深井换热器循环水量稳定在30 m³/h时,热储层中达西流速由0提高到5×10^-6 m/s时,平均换热量增大55 kW。然而在忽略热储层中渗流过程时,循环水量由30 m³/h提高到60 m³/h,平均换热量增大34 kW,循环水泵耗功提高20.6 kW。研究表明：随着渗流速度的增大,热储层中的传热机制发生改变,从而强化深井换热器的传热过程;同时降低了循环水流量对于深井换热器换热性能的影响程度。     

乏风瓦斯流向变换催化燃烧试验研究

为实现低浓度瓦斯气体的高转化率,满足实际工程低温排气的要求,设计制作一套新型流向变换蓄热催化燃烧反应器,并利用模拟气体进行催化燃烧实验研究。结果表明,气体流量为70 L·min^-1、燃烧反应温度控制在500 ℃和甲烷体积分数为0.2%时,甲烷催化燃烧转化率超过80%,出口气体温度低于60 ℃。该系统能满足工程低温排气要求。     

Nitrogen dilution effect on flame stability in a lifted non-premixed turbulent hydrogen jet with coaxial air

The nitrogen dilution effect on flame stability was experimentally investigated in a lifted non-premixed turbulent hydrogen jet with coaxial air. Hydrogen gas was used as the fuel and coaxial air was injected to initiate flame liftoff. Hydrogen was injected into an axisymmetric inner nozzle (d_F = 3.65 mm) and coaxial air jetted from an axisymmetric outer nozzle (d_A = 14.1 mm). The fuel jet and coaxial air velocities were fixed at u_F = 200 m/s and u_A = 16 m/s, while the mole fraction of the nitrogen diluent gas varied from 0.0 to 0.2 with a 0.1 step. For the analysis of the flame structure and the flame stabilization mechanism, the simultaneous measurement of PIV/OH PLIF was performed. The stabilization point was in the region of the flame base with the most upstream region and was defined as the point where the turbulent flame propagation velocity was found to be balanced with the axial component of the local flow velocity. The turbulent flame propagation velocity increased as the nitrogen mixture fraction decreased. The nitrogen dilution makes the flame structure more premixed. That is, the stabilization mechanism shifts from edge flame propagation based mechanism toward premixed flame propagation based mechanism. We concluded that the turbulent flame propagation velocity was expressed as a function of the turbulent intensity and the axial strain rate, even though the mole fraction of the nitrogen diluent varied.     

多喷嘴对置式撞击流反应器流场的数值模拟

为探讨多股撞击流反应器内流场的特点,利用Fluent软件对两喷嘴对置式和四喷嘴对置式撞击流反应器内流场进行模拟,研究了在不同工况下这两种撞击流反应器内的流场结构,设定进口流速分别为5 m/s、10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s。模拟结果表明,进口流速由5 m/s增加到25 m/s时,反应器内流体流动的平均速度及压力波动增大为原来的4.1倍和16.2倍,其速度梯度和压力平均波幅也增大为原来的5.0倍和25.4倍。通过对两种不同结构的撞击流反应器的比较可以得到四喷嘴对置式撞击流反应器内流体流动产生的速度梯度和压力平均波幅更大,其值都约为二喷嘴对置式撞击流反应器的1.2倍,因而四喷嘴对置式撞击流反应器内剪切力场更强,脉动更强烈,更有利于反应器内的湍动混合。