旋转流中预混合火焰的高速传播现象——Ⅰ.稳燃特性及燃烧效率的提高

旋转流中预混合火焰高速传播特性的研究为强化低热值燃气的稳定燃烧提供了新的开发思路.针对圆管内强制涡作用下的甲烷/空气预混合火焰,本工作采用数值模拟方法分析了混合气的进口速度和旋转角速度对预混合火焰稳定燃烧的影响.结果表明,在不同当量比条件下,使火焰稳定的混合气进口速度和旋转角速度之间存在线性关系,但随着旋转角速度的增大,火焰半径变小,燃烧效率减小.改变混合气进口速度的分布形式是提高燃烧效率的有效方法.研究结果为实际的稳燃燃烧器设计提供了理论指导.     

旋转流中预混合火焰高速传播现象—II.点火位置与燃烧过程

在前期关于Vortex-bursting旋流式预混燃烧器的燃烧效率及其进口混合气速度分布对燃烧效率的影响实验基础上,围绕燃烧器的点火特性,对旋流场中的点火位置和稳定火焰形成进行了数值分析.结果表明,不适当的点火位置会影响稳定火焰的形成,在相同的燃烧工况下,在流场中点火位置不同,火焰的发展出现不同的趋势.在靠近中心轴附近的低速区点火时,火焰能够稳定;在靠近管壁的高速区点火时,撤离点火源后,火焰吹熄.本结果对于强化预混合燃烧的稳定性具有理论和工程指导意义.     

旋转流中预混合火焰高速传播现象-II. 点火位置与燃烧过程

在前期关于Vortex-bursting旋流式预混燃烧器的燃烧效率及其进口混合气速度分布对燃烧效率的影响实验基础上，围绕燃烧器的点火特性，对旋流场中的点火位置和稳定火焰形成进行了数值分析. 结果表明，不适当的点火位置会影响稳定火焰的形成，在相同的燃烧工况下，在流场中点火位置不同，火焰的发展出现不同的趋势. 在靠近中心轴附近的低速区点火时，火焰能够稳定；在靠近管壁的高速区点火时，撤离点火源后，火焰吹熄. 本结果对于强化预混合燃烧的稳定性具有理论和工程指导意义.     

电场对甲烷-空气混合气燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹研究了外加电场对甲烷-空气混合气燃烧特性的作用。加载电压为0、-5、-10和-12 kV,混合气的过量空气系数λ分别为0.8、1.0和1.6,代表浓燃、当量比和稀燃三种混合气状态。结果表明,电场方向上的火焰发展半径和火焰传播速度明显增加,原先近似圆球形的火焰形状发生变化。特别是稀燃混合气,电场作用下火焰的传播状况增加最为显著,火焰近似呈圆柱形。在加载电压为-12 kV时,对于λ=0.8、1.0和1.6的混合气,火焰拉伸速度最大值分别增加了42.3%、29.7%和111.7%。同时,混合气燃烧压力的发展明显加快,压力峰值出现的时间明显提前。对于浓燃和当量比浓度的混合气,压力峰值变化不大,而稀燃混合气的压力峰值增加较为明显。在-12 kV电压作用下,浓燃、当量比和稀燃三种状态下混合气的压力峰值时间提前了13.4%、7.5%和24.6%,相应的燃烧压力峰值增大了2.2%、1.0%和8.1%。本文应用外加电场对燃烧火焰产生的离子风效应及其对传播火焰形成的拉伸作用对试验结果进行了说明。     

电场对甲烷-空气混合气燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹研究了外加电场对甲烷-空气混合气燃烧特性的作用。加载电压为0、-5、-10和-12 kV,混合气的过量空气系数λ分别为0.8、1.0和1.6,代表浓燃、当量比和稀燃三种混合气状态。结果表明,电场方向上的火焰发展半径和火焰传播速度明显增加,原先近似圆球形的火焰形状发生变化。特别是稀燃混合气,电场作用下火焰的传播状况增加最为显著,火焰近似呈圆柱形。在加载电压为-12 kV时,对于λ=0.8、1.0和1.6的混合气,火焰拉伸速度最大值分别增加了42.3%、29.7%和111.7%。同时,混合气燃烧压力的发展明显加快,压力峰值出现的时间明显提前。对于浓燃和当量比浓度的混合气,压力峰值变化不大,而稀燃混合气的压力峰值增加较为明显。在-12 kV电压作用下,浓燃、当量比和稀燃三种状态下混合气的压力峰值时间提前了13.4%、7.5%和24.6%,相应的燃烧压力峰值增大了2.2%、1.0%和8.1%。本文应用外加电场对燃烧火焰产生的离子风效应及其对传播火焰形成的拉伸作用对试验结果进行了说明。     

喷孔直径对燃气加热炉内流动和燃烧过程的影响

利用数值模拟方法,选用标准的K-ε湍流模型、PDF扩散燃烧模型、离散坐标辐射传热模型,研究了喷嘴直径对燃气常压炉内燃烧状况的影响,主要考察了炉内速度场、温度场和火焰形状的变化.研究结果表明,喷孔直径越小,喷孔出口速度越大,速度峰值也越大,射流的影响区域越大,加剧了燃料与空气的混合和燃烧速率,燃烧的火焰越短、越窄,但这不利于传热过程.因此,在立式加热炉的实际操作过程中,为使炉管受热均匀,避免高温区域温度过高,区域过小,应尽量设计长焰型燃烧器.从优化传热的角度,立管式加热炉中火焰长度为炉管长度的2/5-1/2为合适,卧管式加热炉则为1/5-1/4合适.     

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。     

同轴交叉旋转射流过程燃烧特性的实验研究

对同轴交叉旋转射流过程的流动和燃烧性能进行了实验研究.结果表明,该射流装置中心管喷口的孔流系数为0.605,旋片阻力系数为0.09;气体从喷口喷出后会在喷口中心形成负压区,轴向速度衰减较快,燃烧所需空气过剩系数小,火焰透明,火体有力,燃烧充分,可以实现低热值燃气在焦化管式加热炉的高效洁净燃烧.     

多重射流氢氧焰燃烧反应器的结构及特性

在分析多重射流燃烧特性的基础上,设计了预混合多重射流氢氧焰燃烧反应器,研究了其结构及燃烧特性。采用燃烧后热流体的空白模拟实验考察了多重射流氢氧焰反应器的火焰形式,定性分析了反应区的温度场和浓度场,利用经验公式对多重射流的空气动力学特征进行了分析和模拟计算,从理论上说明预混合火焰可以提供较为均匀的温度场和浓度场。     

乙醇在微尺度单电极燃烧器内的雾化与燃烧

采用荷电喷雾燃烧技术是促进微尺度下液体燃料稳定燃烧的重要方法。使用乙醇为燃料,在新型结构的喷嘴内径为0.8 mm微尺度单电极燃烧器内,进行了荷电雾化与燃烧特性的实验研究。结果表明:荷电雾化会随喷嘴电压升高而出现4种模式,对应的荷质比在脉动模式下最低,到达锥-射流模式后出现跃升,在锥-射流模式下最为稳定。荷电雾化后的乙醇在燃烧器网格处稳定燃烧,火焰温度随着当量比增大先上升后下降。火焰温度在当量比=1.0时达到最高值,且随电压增大而上升。锥-射流模式下,当量比=1.0时,燃烧效率可达89%,燃料转换效率可达90%。稳定的雾化模式以及合适的当量比,对燃烧效果具有较大的改善作用。     

面向零碳电力的氨燃烧技术研究进展

在全球碳减排大背景下,无碳燃料产业发展面临巨大机遇和挑战。氨能源具有生产技术工业化成熟、储存运输难度小以及燃烧零碳环保等优势,是化石替代能源的有力竞争者。氨燃料的研究与应用将有助于改善我国传统能源结构,实现碳减排目标。但氨作为燃料存在燃烧不稳定、层流火焰速度低以及NO_x排放高等问题,氨燃烧技术研究亟待推进。结合国内外氨燃烧技术研究成果,综述了氨燃料的物化特性和化学反应动力学研究,梳理了氨燃料在燃气轮机、内燃机、燃料电池以及锅炉等应用背景下的研究进展。相较于传统氢气、甲烷等燃料,氨层流火焰速度低,反应活性较弱,为燃烧器优化设计带来了挑战。针对不同掺混系统,学者已建立丰富的氨化学反应动力学模型,为氨燃烧应用打下基础。氨燃料燃气轮机已完成纯氨燃烧试验,结合SCR装置可实现较低NO_x排放,温和燃烧与液氨喷射等技术进一步优化了氨在燃烧器内的燃烧性能。结果表明,氨在内燃机中可通过混合的方式实现大比例掺烧,且当掺混比例小于60%时,实现较低排放。对氨/煤小比例混燃进行试验,证明了20%氨掺烧的可行性,并探讨了不同注入位置对NO_x排放的...     

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。     

非线性偏最小二乘及可视化火焰检测系统的燃煤锅炉NOx排放特性的研究

为了研究燃煤电站锅炉NOx排放特性,利用可视化火焰检测系统对燃煤锅炉燃烧火焰和温度场进行了测试研究。通过测量,由双色测温法计算得到了炉内温度场,采用数字图像处理技术提取了火焰图像特征参数,进而借助非线性偏最小二乘法建立了由炉内燃烧温度场及火焰图像特征参数来预测NOx排放量的模型。结果表明,所建模型预测值与实测值具有一致性,从而为燃煤锅炉通过燃烧调整,以降低NOx排放和提高锅炉效率提供了有效手段。     

非线性偏最小二乘法及可视化火焰检测系统的燃煤锅炉NOx排放特性的研究

为了研究燃煤电站锅炉NOx排放特性,利用可视化火焰检测系统对燃煤锅炉燃烧火焰和温度场进行了测试研究。通过测量,由双色测温法计算得到了炉内温度场,采用数字图像处理技术提取了火焰图像特征参数,进而借助非线性偏最小二乘法建立了由炉内燃烧温度场及火焰图像特征参数来预测NOx排放量的模型。结果表明,所建模型预测值与实测值具有一致性,从而为燃煤锅炉通过燃烧调整,以降低NOx排放和提高锅炉效率提供了有效手段。     

应用炉膛压力诊断气流床气化炉的火焰状态

气化炉是煤气化技术中的关键设备 .气化炉内火焰燃烧稳定性下降 ,会出现燃烧噪音增加、气化燃烧效率降低及熄火等现象 ,对安全性和经济性产生严重的影响 .对气流床气化炉内不同气化燃烧状态下的火焰压力信号进行了小波分析 .结果表明 ,压力信号在一定频段内的分布与气化炉内火焰燃烧的状态密切相关 ,发现随着火焰燃烧稳定性加强 ,气化炉内压力信号向高频方向移动 ,以此可以建立气流床气化炉燃烧诊断模型 .     

撞击流对火焰稳定性影响的试验研究

研究了射流火焰噪声和撞击式火焰噪声,对比两者以探求撞击流对火焰稳定性的影响。对火焰噪声信号进行频谱分析（FFT）,结果表明,射流火焰噪声包含燃烧噪声和喷流噪声,火焰噪声以燃烧噪声为主,撞击式火焰噪声是主频约420Hz的高频噪声,由燃烧噪声、喷流噪声和撞击区燃烧噪声组成。撞击式火焰噪声频谱图表明,撞击流强化了气化燃烧,有利于火焰的稳定,对气化炉的稳定运行有重大意义。     

基于两种烧嘴的铜精炼阳极炉内燃烧过程数值模拟

基于CFD软件Fluent 6.3对装配两种型式烧嘴的铜精炼阳极炉内的燃烧过程进行数值计算,分析了炉内气相燃烧过程的特点.结果表明,装配I型烧嘴时,保温期炉内火焰峰值温度为2301 K,火焰长度为2.3R(R为炉体半径),氧化期炉内火焰峰值温度为2506 K,火焰长度为2.0R;装配II型烧嘴时,保温期炉内火焰峰值温度为2610 K,火焰长度为1.85R,氧化期炉内火焰峰值温度高达2800 K,火焰长度为1.82R.装配I型烧嘴的阳极炉内温度较均匀,能更好满足阳极炉精炼的工艺需求.烧嘴结构和天然气速度、环氧速度与侧氧速度对阳极炉内气相燃烧过程有明显影响.     

高硫低热值燃料流化燃料及脱硫性能的研究

探讨了在稳定燃烧的条件下影响流化燃烧效率及脱硫性能的各种因素，为高硫低热值燃料的利用提供了基础试验数据。     

智能型酒精喷灯燃烧试验机的性能研发和试验方法

本研究旨在研发一款智能型酒精喷灯燃烧试验机,旨在解决传统燃烧试验中的控制精度、安全性和环保性等方面的问题。通过全面的性能研发和试验方法分析,提供一种更精确、可重复、高效且安全的智能型酒精喷灯燃烧试验机。设计中的智能控制系统和燃烧效率优化策略,使试验机能够更稳定地产生所需的火焰,同时显著提高试验数据的真实性和有效性。数据采集与分析方法的引入,进一步强调了科学性和实用性。这项研究的成果不仅提供了一种更高效的工具,还为多领域的科学研究和工程项目提供了重要支持,有望推动相关领域的进一步发展和创新。