近年來分布式能源系統(tǒng)迅速興起,而微型燃?xì)廨啓C(jī)則作為分布式能源系統(tǒng)的核心受到廣泛關(guān)注,其應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋極廣,包含發(fā)電、船舶、化工、航空、汽車、天然氣等諸多工業(yè)領(lǐng)域。本文是以微型燃?xì)廨啓C(jī)形式的電動汽車新型熱管理系統(tǒng)為背景,針對該系統(tǒng)中的5k W微型燃燒室通過數(shù)值模擬手段和試驗(yàn)方法開展課題研究。該燃燒室設(shè)計(jì)為常壓燃燒室,鑒于其使用目的為汽車熱管理系統(tǒng),會在復(fù)雜且極端的環(huán)境下工作,所以本文的主要通過數(shù)值模擬探究在負(fù)荷變化、進(jìn)氣溫度變化和進(jìn)氣壓力變化的復(fù)雜工況下,燃燒室內(nèi)部流場的變化規(guī)律,分析該燃燒室的出口溫度、排放等參數(shù),研究其變工況條件下的燃燒特性,并通過試驗(yàn)與模擬計(jì)算結(jié)果相互印證。本文先從方法學(xué)角度對數(shù)值模擬流程和邊界條件進(jìn)行了詳細(xì)介紹,搭建了以5k W燃燒室集成件為核心的移動式試驗(yàn)臺,對試驗(yàn)所用的儀器和軟件進(jìn)行了簡介。完成了各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后,首先對柴油燃燒模擬的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究,對比了簡化機(jī)理和總包反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果,結(jié)合本文的研究需要,最終選用總包反應(yīng)機(jī)理完成后續(xù)研究工作。在選定燃燒反應(yīng)機(jī)理后,利用商用軟件研究了負(fù)荷、溫度和壓力變化對燃燒室內(nèi)部速度場、溫度場以及出口參數(shù)的影響。變工況條件... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

能源局域網(wǎng)基本架構(gòu)[1]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2燃垃圾填埋氣燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[5]刑暢等人[6]針對微型燃?xì)廨啓C(jī)的變工況運(yùn)行，提出并設(shè)計(jì)了一款可調(diào)燃料供給的30kW級微型燃燒室，通過在燃燒室配備一個(gè)主燃料分配裝置實(shí)現(xiàn)燃料的周向和徑向調(diào)節(jié)。燃燒室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單筒式，空氣進(jìn)氣方式設(shè)計(jì)為逆流進(jìn)氣，燃燒室內(nèi)設(shè)有三個(gè)旋流器，分別為一次風(fēng)、二次風(fēng)和值班空氣旋流器。一次風(fēng)和二次風(fēng)旋流器設(shè)計(jì)為不同旋流方向的徑向旋流器，分別采用24根徑向直葉片和24個(gè)徑向斜直孔，值班空氣旋流器設(shè)計(jì)成有12個(gè)軸向斜直孔的軸向旋流器。由于采用空氣逆流方式，火焰筒上沒有設(shè)計(jì)冷卻孔，而是通過布置換熱肋片加強(qiáng)火焰筒的冷卻。王福珍等人[7]研究了50kW煙氣循環(huán)富氧燃燒室的設(shè)計(jì)方法，采用單管燃燒室以及空氣逆流形式，燃料分為兩部分進(jìn)入燃燒室，一部分是直接從值班燃?xì)鈬娮爝M(jìn)入，外圍是旋流的值班空氣，火焰設(shè)計(jì)為擴(kuò)散燃燒；另一部分燃?xì)廨斶\(yùn)至旋流噴嘴處，通過噴嘴上設(shè)計(jì)的眾多小孔沿垂直軸線方向射出，與進(jìn)入噴嘴的空氣進(jìn)行預(yù)混形成預(yù)混氣體射入燃燒室。IbrahimI.Enagi等人[8]利用CFD仿真軟件模擬了不同燃燒室?guī)缀涡螤钕碌奈镔|(zhì)遷移和非預(yù)混燃燒模型，設(shè)計(jì)出了一款燃用液化石油氣的燃燒室，如圖1-3所示，其中火焰保持器直徑為50mm，燃燒室高度為60cm，具有4個(gè)6、8、10mm的孔，并基于車載渦輪增壓器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該燃燒器能夠穩(wěn)定燃燒，CO排放低于100ppm，渦輪進(jìn)口溫度低于900℃。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1-3燃燒室(a)及試驗(yàn)臺(b)示意圖[8]PaoloLaranci等人[9]設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了80kW的新型環(huán)形RQL燃燒室，克服了因過熱導(dǎo)致的低運(yùn)行小時(shí)數(shù)（約2500小時(shí)）的故障，新的燃燒室對流道進(jìn)行了優(yōu)化，在保持相似溫度和效率的同時(shí)，降低了制造成本和NOx的排放；E.Amani等人[10]為研究燃燒室的空氣分配策略，將大量數(shù)據(jù)用于構(gòu)建響應(yīng)面，以分析空氣分配對七個(gè)燃燒器性能參數(shù)的影響。靈敏度分析表明，排放特性是對空氣分配設(shè)計(jì)最敏感的參數(shù)，并且測得最佳設(shè)計(jì)使總排放降低了78％，而燃燒效率，最高排氣溫度和均勻性也分別提高了6％，7％和5％，得出改善性能的主要原因是燃燒室內(nèi)火焰長度的減少以及形成多個(gè)CRZ(CornerRecirculationZone)渦流。M.M.Torkzadeh等人[11]首先提出了一種模擬真實(shí)燃燒器中燃燒流的有效模型，該模型適用于計(jì)算量較大的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程。他們利用此模型研究了燃燒室中的非預(yù)混旋流穩(wěn)定火焰，并對燃燒器執(zhí)行基于燃燒效率、模式因子、污染物排放等多目標(biāo)優(yōu)化，通過響應(yīng)面和敏感性分析得出漩渦數(shù)對目標(biāo)的影響。MarcoBuffi等[12]在已有燃燒室基礎(chǔ)上改造了一款燃用生物質(zhì)油的20kW級微型燃燒室，該新型燃燒室同樣能使用石化柴油和乙醇等作為燃料。由于生物質(zhì)油燃燒能力較差，因此在頭部加設(shè)了值班火焰，并且對新型燃燒室的容積進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大以延長燃油在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間。同時(shí)將原有的切孔式旋流器換用兩排直葉片式旋流器，每排8個(gè)葉片，改善了空氣與燃料的混合特性。為避免頭部高溫區(qū)造成燒蝕，在噴口與旋流葉片之間開設(shè)了10個(gè)冷卻小孔。使用改造后的燃燒室進(jìn)行滿負(fù)荷熱態(tài)實(shí)驗(yàn)測得NOx、CO排放量分別為45mg/m3和800-1000mg/m3。以上介紹的多是微型燃燒室作為微型燃?xì)廨啓C(jī)核心部件在發(fā)電領(lǐng)域中?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)特點(diǎn)研究及其應(yīng)用于分布式發(fā)電領(lǐng)域的前景展望[J]. 伍賽特.  通信電源技術(shù). 2019(06)
[2]不同環(huán)境溫度下水平噴霧燃燒火焰形態(tài)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 謝凱,仇性啟,崔運(yùn)靜,王建新.  工業(yè)加熱. 2019(02)
[3]某微型燃?xì)廨啓C(jī)適應(yīng)高原起動的技術(shù)方案[J]. 李皓然,丁天寶,李瑋薇,盧志峰,肖軍輝,張紅霞.  航空動力學(xué)報(bào). 2018(05)
[4]不同環(huán)境條件下輕油燃燒器火焰結(jié)構(gòu)特性數(shù)值分析[J]. 劉建軍,仇性啟,田孝帥,王軻.  山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(02)
[5]正庚烷化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的簡化與加速計(jì)算[J]. 陳正.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2017(07)
[6]微型燃?xì)鉁u輪機(jī)增程式電動汽車設(shè)計(jì)[J]. 周雅夫,麻笑藝,胡曉煒,李琳輝,連靜.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(07)
[7]分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計(jì)綜述[J]. 任洪波,邱留良,吳瓊,蔡強(qiáng).  中國電力. 2017(07)
[8]《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》解讀[J]. 朱明,何勇健.  國家電網(wǎng). 2017(02)
[9]基于特征值分析的正癸烷骨架和總包簡化機(jī)理[J]. 鐘北京,姚通,文斐.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2014(02)
[10]駐車加熱器燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真[J]. 鄒浙湘,王思卓,李明揚(yáng).  機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2012(03)

博士論文
[1]微型燃機(jī)可調(diào)燃料供給燃燒室變工況特性研究[D]. 邢暢.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]不同環(huán)境條件下擴(kuò)散射流火焰形態(tài)特征與推舉、吹熄行為研究[D]. 王強(qiáng).中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[3]微燃機(jī)富氧燃燒室數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王福珍.華北電力大學(xué) 2014
[4]生物柴油和石化柴油碳煙形成的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[D]. 畢小杰.上海交通大學(xué) 2014
[5]柴油燃料替代混合物低溫燃燒機(jī)理數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[D]. 雒婧.天津大學(xué) 2012
[6]變地域燃油暖風(fēng)機(jī)熱力性能及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D]. 王智偉.西安建筑科技大學(xué) 2005

碩士論文
[1]15kWth微型燃?xì)廨啓C(jī)加壓燃燒室燃燒性能研究[D]. 齊寶恒.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]柴油替代燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理及污染物生成數(shù)值模擬[D]. 胡俊成.西南交通大學(xué) 2019
[3]煤基柴油模型燃料機(jī)理簡化研究[D]. 朱程.上海交通大學(xué) 2018



本文編號：3049112