多孔介质微燃烧器的试验研究

对微尺度下的氢气/空气预混气在多孔介质中进行预热燃烧时的燃烧特性进行了试验研究,在回热燃烧器中对不同ppi(每英寸长度上的孔洞数)的多孔介质进行对比试验,分别测试了氢气/空气预混气在预热下的燃烧效率与氢气流量、过量空气系数α以及多孔介质ppi之间的关系.结果表明,在多孔陶瓷的蓄热和混流作用下,燃烧速度和燃烧效率均得到了显著的提高,稳定燃烧界限也有一定的扩大.为进一步减小微尺度条件下的燃烧热量损失,提高燃烧效率,提供了试验依据.     

Swiss-roll型微燃烧器的燃烧数值模拟

建立了Swiss-roll型微燃烧器的燃烧模型,采用FLUENT软件对微燃烧器中甲烷/空气的燃烧特性进行了数值模拟,研究了甲烷/氧气的当量比为1时流速不同对微燃烧器内燃烧的影响。计算结果表明,Swiss-roll型微燃烧器有利于甲烷在微燃烧室内的充分燃烧。     

微管内氢气燃烧变参数研究

针对微尺度燃烧的特点,在传热分析的基础上,建立了微型管内氢-空气预混合气的燃烧模型,对0.2 mm微管内氢气空气预混燃烧进行了变参数研究.结果表明:对于0.2 mm微管,适当的氢氧混合比,火焰可以实现稳定持续燃烧;燃烧室尺度越小,散热量越大,最大可达到总放热量的22%左右;当量比接近0.8时,有最高燃烧温度和最高的氢气转化率,接近100%;入口应该控制在较小流速来实现较高的燃烧效率.     

甲烷在过量焓燃烧器内的燃烧特性

设计了一个通道截面为7 mm x0.6 mm的等速螺线过量焓微燃烧器,并在其中完成了CH4/空气预混气的燃烧实验.通过数据采集系统得到了微燃烧器端面的温度分布,使用气相色谱法分析了烟气成分.实验结果表明,过量焓燃烧器能够通过逆流换热有效地实现热量回收,提高可燃预混气进入燃烧区前的温度,有利于微尺度火焰的稳定,并在较宽的空气过量系数范围内实现甲烷/空气预混气在燃烧器的中心稳定燃烧.当空气过量系数大于1时,甲烷可以实现完全燃烧;当空气过量系数小于1时,烟气中存在H2和CO,但无残留的甲烷.     

甲烷/空气预混回热循环微多孔燃烧数值分析

在热循环型微燃烧器中充入甲烷/空气预混合气体进行燃烧数值模拟,探究该类型燃烧器在加入多孔介质条件下,对燃烧效率和预混气体预热效应的影响。文中采用数值模拟并使用甲烷/空气二阶反应,对比燃烧器在没有加入泡沫陶瓷多孔介质的条件下,在某次反应过程中对微燃烧器的影响,同时还发现多孔介质可以明显地使燃烧器提高燃烧效率,减小热损失,减少污染尾气,而且能更好地回收反应产生的热量并预热未反应气体。     

EGR中二氧化碳对氢气层流燃烧特性的影响

为了更深入地理解废气中二氧化碳对掺氢燃料燃烧特性的影响,在定容燃烧弹中利用高速摄像系统研究了不同燃空当量比φ(0.6～1.4)和稀释比(0%～40%)下CO2稀释氢气-空气混合气的层流燃烧特性.结果表明:氢气-空气混合气的火焰传播速率随着燃空当量比的增大而增大;马克斯坦长度随着当量比的增大而增大,即火焰的稳定性增强;随稀释比的增大,无拉伸火焰传播速率S1明显减小;同时得到层流火焰燃烧速率,并分析了稀释比对火焰稳定性的影响.通过对试验结果数据拟合,获得了计算氢气-CO2-空气混合气的无拉伸层流燃烧速率的拟合多项式.     

氢燃料微混燃烧器燃烧特性研究

针对带中心钝体的四喷嘴微混燃烧器,运用ANSYS FLUENT软件,采用热态小火焰生成流形的方法对燃烧器模型进行数值模拟,并与实验研究相结合,研究了甲烷/氢气混合燃料(体积组分40%CH₄-60%H₂)微混燃烧条件下的燃/空掺混,流场、温度场、火焰形态及污染物排放等基础燃烧特性。研究结果表明：微混燃烧器采用空气和燃料径向进气的结构有利于燃/空掺混,在燃烧器出口的掺混均匀性指数达到0.959;燃烧器钝体结构处存在较明显的小型中心回流区,有助于火焰稳定;当量比在0.4～0.8范围内,火焰根部稳定附着在微混喷嘴的出口,火焰彼此相互独立,实验中燃烧器火焰形态与仿真OH^*场分布基本一致;绝热火焰温度在1 500～2 050 K范围内,模型燃烧室出口NO_x排放浓度均低于16×10^-6,CO排放浓度均低于11×10^-6,表明该微混燃烧器的污染物排放水平较低且燃烧效率极高。     

多孔介质回热微燃烧器的扩散燃烧

设计了多孔介质回热微燃烧器.进行了微燃烧器的扩散燃烧特性实验研究,得到了其燃烧效率、出口尾气温度、壁面温度和热损失率随燃烧热功率和过量空气系数的变化规律.实验发现,在较宽的操作范围内,微燃烧器具有较高的燃烧效率和出口尾气温度,而且随着燃烧功率和过量空气系数的增大,微燃烧器的壁面温度和热损失率反而减小.分析表明,采用回热夹层和多孔介质相向的进气方式,使得反应气体的流动方向与散热方向相反,有效回收了热量损失,提高了微燃烧器的热效率和出口尾气温度.所设计的多孔介质回热微燃烧器对开发微燃烧透平发电系统具有重要应用价值.     

氢／空气混合物燃烧时燃烧器结构和燃烧方式对NOx生成和回火的影响

考察了氢气／空气混合物燃烧时不同燃烧器结构和燃烧方式对ＮＯｘ生成和回火的影响，指出，无混合室的空气外吸式燃烧器有较高的氢燃烧效率，并且氢燃烧时无回火，尾气中ＮＯｘ的浓度也较低。     

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.     

循环流化床预热的无烟煤粉燃烧特性试验研究

采用基于将煤粉在CFB(循环流化床)低空气当量比下部分燃烧,使其预热到800℃以上再进行燃烧的新工艺,研究无烟煤煤粉的稳燃特性.为此,搭建了基于CFB(循环流化床)预热的无烟煤燃烧系统,其中CFB(循环流化床)提升管直径90 mm,高度1500 mm;下行燃烧室直径260 mm,高度3000 mm.用挥发分含量为6.6...     

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。     

掺氢对微尺度空间内预混层流火焰转捩爆燃特性的影响

针对基于燃烧的微小型动力装置存在燃烧效率低、火焰传播速度慢的问题,设计了一个可视化的、特征间距仅为0.45 mm的微尺度定容燃烧室,实验比较了0～1的掺氢比例下,丙烷/氢气/空气预混火焰在该燃烧室内的传播以及加速过程.实验发现没有掺氢时,丙烷/空气预混火焰需要在0.25 MPa初始压力下才能够传播;当掺氢比例为0.2时...     

直流燃油MILD燃烧湍流介观特性研究

以尺寸φ410 mm×1 930 mm实验炉膛为对象,采用数值模拟的方法研究了燃油燃烧器参数(射流速度、射流间距、再循环烟气量、炉膛热负荷等)对炉内燃烧特性以及湍流介观特性的影响,根据湍流燃烧无量纲准则数判定燃油MILD燃烧模式。研究结果表明:当烟气再循环率为20%,空气高速射流速度为150 m/s,且空气喷嘴所在的圆环直径为炉膛直径的0.5~0.65倍时,炉膛内可建立燃油MILD燃烧模式,其火焰锋面的湍流介观参数位于湍流分区图中的良搅拌反应器区域,即l/l_F1,Re_T1,Ka_δ1,Da1。燃油在MILD燃烧工况燃烧时,炉内温度峰值降低,氧浓度基本小于3%,炉膛出口NO_x排放浓度小于80 mg/m~3(标态)。     

平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统

提出了一种厘米级别的平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统原理,即燃料氧化剂混合气相向穿过两块平行布置烧结多孔平板并在其表面形成稳定的火焰,实现燃烧器壁面温度远低于火焰温度的目的;进行燃烧器和微发电系统原型性能实验.在燃烧器烟气通道外壁面布置高导热系数薄匀热片能够有效改善热电模块热端温度场均匀性,从而提高系统安全性和输出性能.在燃烧燃料当量比(甲烷/空气)φ=0.6时,火焰温度高于800℃,壁面温度低于200℃,水冷条件下,商用碲化铋(Bi2Te3)热电模块热端150℃,系统可以获得8 V开路电压和1 W以上稳定输出功率,系统综合效率达1.6%.     

H2／空气预混燃烧模拟计算和散热的研究

采用20步反应机理模拟了H2/空气在内径2 mm长20 mm的圆管内的预混燃烧.H2/空气预混火焰由壁面向中心传播,呈圆锥形.随着气流向后流动,燃烧区域截面温度曲线由"U"形变为"M"形,后又变为倒"U"形,分别对应壁面加热预混气体的过程,预混燃烧火焰由近壁面向中心传播的过程和燃烧后气体对外散热过程.微燃烧器对外散热量较大,约占总输入热的10%左右,其中燃烧段散热约占5%.辐射散热在壁面散热中占主导地位,占总散热的80%～90%,外壁低辐射系数的材料有利于减少散热和增加燃烧稳定性.对微燃烧而言,燃烧器壁厚增加使燃烧器散热增加,反而不利于降低燃烧器散热.燃烧器入口处壁温与壁面导热系数、壁厚不呈单调变化趋势.在导热系数为3～20 W/(m·K)、壁厚为1 mm左右时,燃烧器入口处壁温较高,有利于稳定燃烧.     

壁面边界条件下氢气-空气预混燃烧的压力特性

通过纹影测试的实验方法,在顶置点火定容燃烧弹中对壁面边界条件下的氢气-空气预混燃烧压力特性进行了实验研究,得出了不同燃烧当量比(0.6～2.0)、初始压力(0.1～0.3,MPa)、初始温度(300～450,K)下的氢气-空气预混燃烧过程中燃烧压力、最大燃烧压力以及最大燃烧压力升高率等参数的变化规律.结果表明,壁面边界条件下氢气-空气预混燃烧过程中的最大燃烧压力以及最大燃烧压力升高率均随着当量比的增大先增大再减小,均随初始压力的增大呈现出线性增长,随着初始温度的增大而呈现出线性减少.     

600MW微富氧燃烧煤粉锅炉优化设计

以某600 MW煤粉锅炉为例,进行了微富氧燃烧方式下锅炉的结构概念设计及受热面优化,并和空气燃烧、纯氧燃烧模式下的特性参数进行了比较.结果表明：与空气燃烧及纯氧燃烧相比,微富氧燃烧模式下单位时间炉膛内烟气量减少,理论燃烧温度升高,辐射换热加强;烟气与工质的辐射换热量及对流换热量与前两者相比均有很大不同,因此需要对其烟气、工质两侧的能量分布进行重新匹配;优化设计后微富氧燃烧锅炉本体尺寸减小,受热面的布置也发生了很大改变,总受热面面积比空气燃烧时减少了46.5%.     

壁面厚度和材料对微通道内H_2/空气燃烧特性影响的数值模拟

通过数值计算对二维平板微燃烧器内H_2/空气的预混燃烧特性进行研究,讨论了壁面厚度和材料对火焰位置、外壁面温度、燃烧效率、热循环比和散热损失比的影响.结果表明:平板的热导率越高、平板厚度越大,火焰的稳定性就越好,吹熄极限和偏斜极限就越大;平板厚度越大、热导率越高,火焰位置越靠近燃烧器的上游,且平板外壁面温度分布更加均匀,燃烧效率和热循环比更高;燃烧器的散热损失比受到火焰温度的影响,并随着火焰温度的升高而降低,但是当进气速度达到偏斜极限时,燃烧效率和火焰温度开始下降,从而导致燃烧的散热损失比开始急剧下降.     

多孔介质回热微燃烧器预混燃烧特性研究

设计了多孔介质回热徽燃烧器,对微燃烧器内H2/Ak的预混燃烧特性进行了实验研究和数值模拟,实验结果表明,当过量空气系数1.0＜α＜3.0时,微燃烧器具有较高的燃烧效率,出口烟气温度和较低的燃烧热损失率,且燃烧热功率P越高,α越大,热损失率越小.当P=100 W时,其出口烟气温度最高可达到1 232 K,当α=3.0时,燃烧效率仍达到96.85％,而热损失率仅为14.87％.数值模拟结果表明,由于采用了回热夹层和多孔介质回热结构,有效地回收了热量损失,使得微燃烧器具有良好的热性能.证明设计的多孔介质回热微燃烧器是一种燃烧效率高、热损失率低的微燃烧器.