本文關(guān)鍵詞：小尺度射流擴(kuò)散火焰特性的實驗研究和數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 液體乙醇 微尺度燃燒 擴(kuò)散火焰 火焰穩(wěn)定性 電場

【摘要】：由于基于燃料燃燒的微動力機(jī)電系統(tǒng)具有高能量密度的特點,此類系統(tǒng)的需求不斷增加,近十年來成為國內(nèi)外研究的熱點。研制體積小、重量輕、能量密度高且能夠持續(xù)供能的微能源系統(tǒng)具有重要的意義。作為微能源系統(tǒng)的核心,微型燃燒器與大尺度燃燒器相比,存在表面積/體積比較大、熱損失增加、停留時間短等特點,微火焰燃燒穩(wěn)定性等特性的影響因素就成為了國內(nèi)外研究人員關(guān)注的重點對象。液體燃料的燃燒過程相較氣體燃料更復(fù)雜,但具有更高的能量密度,更適用于微型燃燒器。本文以液體乙醇為燃料,通過實驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法分析了燃燒器噴管管徑、燃料流量、電輔助加熱以及外加直流電場等因素對乙醇小尺度擴(kuò)散火焰形態(tài)、溫度、穩(wěn)定性等特性的影響,探討了液體燃料在微小尺度下的燃燒機(jī)理。在數(shù)值模擬過程中,采用Fluent 6.3模擬計算軟件建立了二維對稱數(shù)值燃燒模型。數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好,驗證了本文數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明,液體乙醇流量從零開始增加,整個變化過程會經(jīng)歷五個階段,同時小火焰溫度逐漸升高。當(dāng)燃燒器噴管管徑減小時,火焰逐漸變小。在穩(wěn)定燃燒階段,隨著乙醇燃料流量的增加,燃料整體高溫蒸發(fā)量增大,小火焰溫度升高、火焰高度增大;隨著燃燒器噴管管徑減小,無量綱熱損失增大,小火焰溫度降低、火焰高度減小。使用電輔助加熱的方法可減少小火焰的散熱損失,提高小火焰溫度,化學(xué)反應(yīng)速率增大,火焰中心向上游移動。而在直流電場作用下,小火焰尺寸變小,溫度升高,速度場、組分分布、化學(xué)反應(yīng)等均有變化。適當(dāng)調(diào)整燃料流量和燃燒器噴管管徑,或者采用合適功率的電輔助加熱,抑或外加適當(dāng)?shù)碾妶鰪?qiáng)度,均有利于增強(qiáng)小火焰的穩(wěn)定性。通過外加電場改變小火焰特性消耗的電功率很小,具有應(yīng)用前景。論文探討了不同影響因素對乙醇小尺度擴(kuò)散火焰特性的作用規(guī)律,并借助模擬軟件分析了小火焰燃燒的內(nèi)部變化,為新型微燃燒器結(jié)構(gòu)和實驗系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了技術(shù)參考。
【關(guān)鍵詞】：液體乙醇 微尺度燃燒 擴(kuò)散火焰 火焰穩(wěn)定性 電場
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 物理量名稱和符號表11-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 本研究的背景意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外微尺度燃燒研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 課題的提出和本文的主要內(nèi)容18-20
• 第二章 研究相關(guān)的理論基礎(chǔ)20-29
• 2.1 層流射流擴(kuò)散火焰20-22
• 2.2 可燃液體燃燒理論22-24
• 2.3 小尺度火焰穩(wěn)燃機(jī)理24-26
• 2.4 電場對火焰的作用26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 實驗系統(tǒng)和研究方法29-37
• 3.1 實驗系統(tǒng)29-32
• 3.1.1 燃料供給系統(tǒng)31
• 3.1.2 燃燒系統(tǒng)31
• 3.1.3 外加條件系統(tǒng)31-32
• 3.1.4 觀測系統(tǒng)32
• 3.2 實驗方法和數(shù)據(jù)處理32-35
• 3.2.1 小火焰尺寸32-33
• 3.2.2 小火焰溫度33-34
• 3.2.3 電學(xué)特性實驗34-35
• 3.3 誤差分析35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 計算模型建立和數(shù)值模擬方法37-50
• 4.1 數(shù)值模擬的特點37
• 4.2 物理模型建立37-39
• 4.3 網(wǎng)格劃分和邊界條件39-40
• 4.4 相關(guān)數(shù)學(xué)模型40-45
• 4.4.1 流動數(shù)學(xué)模型40-41
• 4.4.2 傳熱數(shù)學(xué)模型41-42
• 4.4.3 物質(zhì)輸運(yùn)模型和反應(yīng)數(shù)學(xué)模型42-44
• 4.4.4 外加電場數(shù)學(xué)模型44-45
• 4.5 求解方法45-46
• 4.6 計算結(jié)果處理46-48
• 4.6.1 數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)整理46
• 4.6.2 液體乙醇流速和體積流量換算46-47
• 4.6.4 電場強(qiáng)度處理47
• 4.6.5 其他數(shù)據(jù)處理47-48
• 4.7 誤差分析48-49
• 4.8 本章小結(jié)49-50
• 第五章 燃燒器噴管管徑和燃料流量對小火焰特性的影響50-56
• 5.1 燃料流量對小火焰特性的影響50-52
• 5.2 燃燒器噴管管徑對小火焰特性的影響52-54
• 5.3 小火焰特性參數(shù)分析54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第六章 散熱條件對小火焰特性的影響56-65
• 6.1 散熱條件對小火焰穩(wěn)定燃燒極限的影響56-57
• 6.2 散熱條件對小火焰尺寸的影響57-59
• 6.3 散熱條件對小火焰溫度分布的影響59-62
• 6.4 小火焰散熱損失計算62-63
• 6.5 本章小結(jié)63-65
• 第七章 外加電場作用對小火焰特性的影響65-72
• 7.1 直流電場對小火焰溫度及乙醇組分分布的影響65-67
• 7.2 直流電場對小火焰周圍速度場的影響67-69
• 7.3 直流電場對小火焰化學(xué)反應(yīng)速率的影響69
• 7.4 直流電場對小火焰穩(wěn)定性的影響69-70
• 7.5 外加電場消耗的電功率70-71
• 7.6 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果80-81
• 致謝81-82
• 附件82

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 楊澤亮;李微;甘云華;;受限空間對乙醇擴(kuò)散小火焰的影響研究[J];熱科學(xué)與技術(shù);2010年03期

2 甘云華;王美;史艷玲;;乙醇小尺度射流擴(kuò)散火焰燃燒溫度及穩(wěn)燃特性[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2014年17期

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本文編號：699706