文档介绍
| 燃料的燃烧是人类获取能源的主要途径,减少燃烧过程中的污染物排放和提高燃料利用率是当前燃烧领域两大热点课题,为此人们提出了各种不同的新型燃烧技术。近十几年来,多孔介质燃烧以其燃烧器体积小、结构紧凑、火焰稳定性高、可燃极限低和污染物排放低等突出优越性得到了广泛的关注。本文对多孔介质燃烧器内的燃烧、流动以及传热特性进行数值研究,旨在为多孔介质燃烧技术在国民经济中的高效利用提供理论指导。本文以CFD商业软件Fluent13.0为平台,以填充小球颗粒的圆柱轴对称结构的多孔介质燃烧器为研究对象,通过建立多孔介质固体区,采用二维双温度模型模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内预混合燃烧的燃烧过程,并与实验对比验证了模型的有效性。采用标准κ-ε湍流模型及DO辐射模型对湍流流动及辐射传热进行处理,引入简化的化学反应机理,采用涡耗散概念有限速率化学反应模型,使用耦合计算方法计算固相与气相间的传热,对燃烧器轴线上的温度、压力分布规律及排放特性等进行了参数化研究,并通过单个小球从受热到冷却全程的温度分布云图,研究了小球的传热与蓄热特性,得到以下结论：在一定条件下燃烧波能够在堆积床内稳定传播；火焰面随着燃烧的进行不断变宽,而燃烧区的最高温度几乎不随时间变化；多孔介质的气固温度场都呈现明显的二维抛物线特性,壁面温度值比中心值低,与气体温度相比固体温度变化相对平缓；由于受到微小孔隙流道的影响,燃烧器轴线方向有较大的压力损失,且压力分布受小球直径影响较大；单个小球内部温度场分布与整个火焰面的抛物线型具有一致性,温度相对气体温度有一定的延迟显示了其良好的蓄热特性。相对于传统的宏观模型,本文以含有小球固体区的微观燃烧器模型进行了直接数值模拟,能够更合理的预测燃烧器的最高温度、火焰面宽度以及温度分布。在此模型基础上,讨论了当量比、入口速度、小球直径以及小球排列方式对多孔介质预混合燃烧特性的影响,结果表明：与小球顺序排列结构相比,叉排多孔介质燃烧器的燃烧区最高温度更高,且最高温度受小球直径影响很小；随当量比增加,燃烧波的传播速度减小,最高温度升高,燃烧区域范围扩大；随着速度增大,燃烧最高温度升高,火焰面宽度变窄,燃烧波波速增大；随小球直径增大,火焰面厚度变窄,燃烧波传播速度增大；对燃烧器内组分浓度进行定性分析,发现入口速度对组分浓度的影响不大,当量比及小球直径对其有显著的影响。 |
文档标签:
流体力学
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