【摘要】：多孔介質(zhì)燃燒是燃燒領(lǐng)域中一種新型的燃燒方式,在氣體燃料燃燒應(yīng)用中有諸多優(yōu)點,并推廣應(yīng)用到液體燃料的燃燒中。但有關(guān)液體燃料在多孔介質(zhì)中的蒸發(fā)燃燒特性研究尚不明確,本文依據(jù)新型多孔介質(zhì)液體燃料燃燒裝置,建立液體在多孔介質(zhì)中的蒸發(fā)燃燒數(shù)學(xué)模型,基于fluent計算平臺,對汽油在多孔介質(zhì)燃燒器中的蒸發(fā)過程、燃燒溫度分布以及燃燒污染物分布等特性進行了數(shù)值模擬。具體工作如下:建立液體在多孔介質(zhì)中的蒸發(fā)燃燒數(shù)學(xué)模型。以95#汽油為燃料,引入汽油詳細(xì)反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù),以氣體作為連續(xù)相,求解歐拉坐標(biāo)下的控制方程,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型處理燃燒過程中的氣相湍流過程,運用平均混合分?jǐn)?shù)/PDF的非預(yù)混燃燒模型處理汽油的擴散燃燒過程。以汽油液滴為離散相,通過求解拉氏坐標(biāo)下的液滴作用力平衡方程和運動方程來追蹤液滴運動軌跡和速度,并通過液滴相的傳熱傳質(zhì)方程描述液滴的蒸發(fā)燃燒過程(單溫度方程模型);在此基礎(chǔ)上,為進一步分析氣固溫差對汽油液滴蒸發(fā)過程的影響,采用自定義標(biāo)量(UDS)建立固相能量方程,自定義函數(shù)(UDF)修正氣相能量方程,建立雙溫度能量方程模型進行求解。應(yīng)用實驗結(jié)果對模擬結(jié)果進行了校核。汽油在多孔介質(zhì)中的蒸發(fā)燃燒特性研究。首先對單溫度方程模型模擬汽油在多孔介質(zhì)中的蒸發(fā)過程,燃燒溫度分布以及污染物分布等特性進行研究。針對空燃比、霧化汽油液滴直徑以及噴霧錐角對蒸發(fā)燃燒特性的影響進行了分析。結(jié)果表明,霧化液滴直徑和噴霧錐角對蒸發(fā)區(qū)域和蒸發(fā)速率均有較明顯影響�？杖急群挽F化液滴直徑對燃燒溫度分布影響較明顯,其中最高溫度隨空燃比增大而逐漸減小。污染物CO在出口處濃度隨空燃比增大而逐漸減小,各變量對CO2出口處濃度影響較小。汽油在多孔介質(zhì)中燃燒火焰與氣固溫度分布特性研究。考慮氣固相傳熱,通過建立雙溫度模型,分析氣固溫度分布特性;對比分析了單、雙溫度方程模型模擬結(jié)果,考察氣固傳熱對蒸發(fā)、燃燒溫度和污染物分布的影響。多孔介質(zhì)固相溫度呈現(xiàn)明顯的二維分布特性;沿軸向方向,在火焰面上游,固相溫度逐漸高于氣相,固相向氣相傳熱,在火焰面下游及熱量回收區(qū),氣相溫度高于固相,氣相向固相傳熱。壁面附近固相溫度整體高于氣相,壁面冷卻作用對固相溫度影響較小;火焰面下游位置,氣固兩相溫度存在小幅降低過程,下降趨勢沿徑向逐漸減弱,在壁面附近溫度不再下降。氣固相之間的熱量傳遞對蒸發(fā)特性和溫度分布具有一定的影響,對于污染物影響較小。
【圖文】：

7圖 2.1 多孔介質(zhì)燃燒器實驗裝置示意圖汽油供應(yīng)系統(tǒng)為儲油罐、計量泵、壓力表和噴嘴組成，實驗使用 95 號汽油，通汽油的質(zhì)量流量，并使汽油以連續(xù)的均質(zhì)燃料流從噴嘴噴入燃燒器；供氣系統(tǒng)氣罐、減壓閥以及甲烷氣瓶部分組成，并通過質(zhì)量流量控制器控制實驗的空燃一次風(fēng)將霧化后的汽油吹入燃燒器，，并為燃燒提供氧化劑，二次風(fēng)為燃燒再次烷氣瓶為點火提供燃料，并對煙氣分析儀等系統(tǒng)進行預(yù)熱；多孔介質(zhì)燃燒系統(tǒng)介質(zhì)的噴射區(qū)和有多孔介質(zhì)的蒸發(fā)區(qū)、燃燒區(qū)以及熱量回收區(qū)（蓄熱區(qū)）組成統(tǒng)主要包括熱電偶和數(shù)據(jù)采集儀部分，熱電偶主要為 K、S 型。多孔介質(zhì)燃燒物如圖 2.2；煙氣分析系統(tǒng)主要為 HORIBAPG-350 便攜式煙氣分析儀。

囁捉櫓實吶縞淝鈏苯優(yōu)縟攵囁捉櫓式鈉姓舴⑷忌鍘Ｍ?2.3 多孔介質(zhì)二維物理模型圖2.2 數(shù)學(xué)模型假設(shè)燃料液滴直接噴入多孔介質(zhì)進行蒸發(fā)燃燒，液滴噴射軌跡如圖 2.4，燃料液滴為連續(xù)的均質(zhì)燃料流。燃料液滴為單分散的；忽略液滴在蒸發(fā)過程中的相互作用。基于以上多孔介質(zhì)燃燒器的物理模型做出如下假設(shè)：（1）多孔介質(zhì)區(qū)域處理為惰性，其熱物性參數(shù)不隨溫度變化，且多孔介質(zhì)對燃燒反應(yīng)無催化效應(yīng)；（2）氣體為光學(xué)透明。（3）多孔介質(zhì)區(qū)域為各向同性連續(xù)性介質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK16

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本文編號：2665525