發(fā)布時(shí)間：2021-08-31 15:26

　　貧燃預(yù)混燃燒能降低火焰面溫度從而有效降低熱力學(xué)NOx的生成,是現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)中普遍采用的低污染燃燒技術(shù),但是因?yàn)樨毴碱A(yù)混燃燒過程偏離了合適的化學(xué)當(dāng)量比,所以容易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象。本文重點(diǎn)關(guān)注貧預(yù)混旋流燃燒器的回火和吹熄兩種不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象,通過建立快速預(yù)測回火和吹熄邊界的數(shù)值模擬方法,用于分析和預(yù)測實(shí)際燃燒器的回熄火邊界和穩(wěn)定燃燒工況范圍,以期為燃燒室設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化提供模擬分析手段。以文獻(xiàn)中的貧預(yù)混旋流燃燒器為對象,采用穩(wěn)態(tài)的計(jì)算流體力學(xué)模擬方法,改變工況逐步調(diào)節(jié)預(yù)混氣混合分?jǐn)?shù)獲得一系列回火和吹熄邊界值。對比分析使用Realizable k-ε和RSM兩種湍流模型模擬得到的不同預(yù)混氣成分下的燃燒器回火和吹熄邊界,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,根據(jù)結(jié)果在計(jì)算流體力學(xué)模擬中選擇預(yù)測效果較好的RSM湍流模型。對模擬回火和吹熄邊界過程中的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,獲得燃燒室特征位置的平均Damk?hler（Da）數(shù)與進(jìn)口預(yù)混氣的混合分?jǐn)?shù)的關(guān)系,結(jié)果表明不同氣速條件下回火臨界點(diǎn)的1/Da以及吹熄臨界點(diǎn)的Da和混合分?jǐn)?shù)具有一定的線性相關(guān)性。隨后,在固定進(jìn)口幾何旋流數(shù)的條件下,分析了三種旋流器進(jìn)口結(jié)構(gòu)尺寸對回熄... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CIVB誘發(fā)回火的火焰?zhèn)鞑ミ^程[24]

貧預(yù)混旋流燃燒器的回熄火數(shù)值模擬研究6究，介紹了高雷諾數(shù)湍流預(yù)混氣體燃燒計(jì)算模型的理論背景、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和驗(yàn)證結(jié)果，并描述了燃燒過程。使用的高雷諾數(shù)計(jì)算模型基于湍流火焰速度模型，其過程變量的源項(xiàng)封閉在單一的傳輸方程中。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大的偏差，特別是計(jì)算的中心再循環(huán)區(qū)的大小和位置，以及再循環(huán)區(qū)的強(qiáng)度，結(jié)果表明邊界層回火是不含同軸射流情況下甲烷回火的主要形式。Lewis和VonElbe[29]也對吹熄和回火的速度-梯度判據(jù)的機(jī)理進(jìn)行了研究。由圖1.5所示，壁面附近氣流的速度由壁面處的速度為零隨距離的增加呈函數(shù)增加，其增加的方式取決于研究參考系的形狀和平均流速。此外，由于熱量和自由基向壁面的損失，導(dǎo)致壁面附近火焰速度降低，在離壁面一定距離時(shí)速度就會到零，此時(shí)溫度和自由基濃度過低，無法保持著火[30]。如圖1.5(b)，當(dāng)流速曲線低于火焰速度曲線時(shí)，在距離壁面一定距離時(shí)，火焰將會向上移動，造成回火，除非氣流速度增加達(dá)到兩個(gè)曲線接觸的地方，在那里火焰保持穩(wěn)定。當(dāng)火焰速度曲線低于來流速度，除非降低流速曲線，直到與火焰速度曲線接觸并穩(wěn)定，否則火焰將順流而下并最終被吹熄。因此，對于回火和吹熄來說，臨界穩(wěn)定位置是兩條曲線相互接觸的位置。考慮到速度剖面本質(zhì)上是靠近壁面的一條直線，可以看出這個(gè)臨界位置實(shí)際上定義了一個(gè)臨界的速度梯度。圖1.5管道中相對速度和流速示意圖Figure1.5SchematicdiagramofrelativevelocityandvelocityinpipelinePlee和Mellor[31]等人通過對鈍體的穩(wěn)定流動的貧燃吹熄特征時(shí)間進(jìn)行研究，

苯擁墓叵怠Ｐ硨檠?3]設(shè)計(jì)建立了可視化貧燃預(yù)混實(shí)驗(yàn)平臺，試驗(yàn)研究了火焰結(jié)構(gòu)形態(tài)受到預(yù)混燃燒氣當(dāng)量比改變的影響，同樣根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)燃燒室中形成的中心回流和角回流區(qū)是受到燃燒室中的突擴(kuò)比以及旋流結(jié)構(gòu)影響。通過測量不同運(yùn)行工況下的貧燃熄火極限，發(fā)現(xiàn)燃燒室的穩(wěn)定燃燒范圍會隨著進(jìn)氣速度的增加而前推。隨著預(yù)混氣的當(dāng)量比增加，燃燒室內(nèi)的振蕩頻率會隨之增加，與之相反，有效壓力振幅會隨著當(dāng)量比的增加而下降，尤以在預(yù)混氣當(dāng)量比接近貧燃熄火極限值時(shí)，燃燒室更易產(chǎn)生高速的低頻振蕩，此時(shí)熄火更加容易發(fā)生。圖1.6為當(dāng)量比變化引起的火焰形狀變化。柳偉杰[39]等使用了實(shí)驗(yàn)加模擬的方法，對低旋流情況下空氣中甲烷燃燒回火與當(dāng)量比變化的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在旋流出口處帶有擴(kuò)張段的噴嘴有利于火焰的穩(wěn)定。且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在調(diào)整燃空當(dāng)量比，使其超過某臨界值（大于1.4）后，其改變對燃燒室出口處的煙氣溫度的升高影響逐漸降低，并且實(shí)驗(yàn)還得到燃燒室內(nèi)壓力、流動速度、組分等發(fā)生周期變化時(shí)，可以在旋流器噴嘴處同樣觀察到回火現(xiàn)象，表明燃燒的不穩(wěn)定主要受外剪切層處的渦脫落和流場中的熱釋放相互反饋引起。圖1.6燃燒室內(nèi)火焰形狀（當(dāng)量比為0.8、0.6、0.4）Figure1.6Flameshapeincombustionchamber(equivalentratio0.8,0.6,0.4)實(shí)際燃燒室運(yùn)行中也會遇到燃料變化的情況，不同燃料若具有相似物化特性也可使用相似的計(jì)算或?qū)嶒?yàn)處理方法。袁艷[40]針對乙醇燃料的燃燒穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，其將燃燒室內(nèi)火焰的穩(wěn)定、回火發(fā)生與否歸結(jié)于火焰穩(wěn)定器的出口速度大小及其梯度的大小，并根據(jù)結(jié)果設(shè)定一回火臨界值作為回火發(fā)生的標(biāo)志，當(dāng)上述任一指標(biāo)小于臨界值時(shí)，就會發(fā)生回火。燃燒的穩(wěn)定性還會受到燃空混合均勻性和實(shí)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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[3]貧燃旋流預(yù)混燃燒室回火行為實(shí)驗(yàn)研究[D]. 樊艷娜.大連理工大學(xué) 2016
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