本文關鍵詞：多孔介質中汽油燃燒實驗與數(shù)值模擬

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【摘要】：液體燃料的利用與日常生活密切相關,傳統(tǒng)燃燒形式通常存在污染物排放較高、燃燒效率相對較低等問題。汽油作為一種重要的液體燃料,如何提高汽油燃燒效率,有效控制污染物的排放,具有重要意義。多孔介質燃燒是一種新型高效的燃燒技術,具有可調(diào)節(jié)功率范圍大、燃燒效率高、污染物排放低等眾多優(yōu)點。本文將多孔介質技術應用用于汽油的利用上,在一種自行設計的新型液體燃料多孔介質燃燒實驗裝置上,進行了汽油在多孔介質中的燃燒實驗,并利用FLUENT軟件對其燃燒特性進行數(shù)值模擬,具體包括以下研究內(nèi)容:多孔介質中汽油燃燒特性的實驗研究。利用甲烷氣體預熱多孔介質燃燒室,分析了特定工況下汽油著火穩(wěn)定性,結果表明:甲烷能夠迅速著火,并開始燃燒,隨著燃燒時間增加,甲烷燃燒火焰逐漸向上游傳播,預熱溫度和污染物排放逐漸趨于穩(wěn)定;汽油霧化液滴能夠在預熱多孔介質內(nèi)實現(xiàn)迅速著火,各點溫度迅速升高,并逐漸趨向于穩(wěn)定,CO、CH等污染物排放在汽油啟動時迅速升高,隨后逐漸降低,并逐漸到達穩(wěn)定狀態(tài),形成穩(wěn)定燃燒。通過改變改變當量比的大小,探討了汽油在多孔介質中的燃燒溫度分布及污染物排放。結果表明:在一定范圍內(nèi),當增大汽油流量時,燃燒的效果更好;隨著當量比增大,燃燒室溫度升高,火焰穩(wěn)定位置越靠近多孔介質上游。CO的排放濃度隨當量比的增大而減小,如果接近理論當量比時,CO排放濃度升高較大,此外,CO的生成還和溫度分布有關。多孔介質中的NO_x排放濃度隨著當量比增大逐漸增大。多孔介質中汽油燃燒的數(shù)值模擬。汽油在噴入多孔介質燃燒室以后能夠迅速燃燒,燃燒室內(nèi)的溫度迅速升高,汽油燃燒的高溫區(qū)明顯向上游移動,燃燒很快達到最佳狀態(tài),并且增大汽油流量可以改善燃燒效果。隨著當量比的增大,燃燒室溫度明顯升高,高溫區(qū)的面積顯著增大,燃燒火焰能夠達到多孔介質上游底層,且溫度分布更加均勻,并且汽油顆粒的速度場分布與溫度分布聯(lián)系緊密。CO_2和H_2O的分布主要隨化學反應產(chǎn)生,其分布均與溫度高低成正相關,隨著燃燒火焰向上游移動并且高溫區(qū)的面積增大,CO的排放降低,NO主要分布于溫度較低區(qū)域而NO_2產(chǎn)生于高溫區(qū)。隨著當量比的增大,反應區(qū)下游的汽油顆粒逐步減少,反應區(qū)上游的O_2分布增多,說明燃燒是向著多孔介質上游區(qū)域進行的。實驗結果與數(shù)值模擬結果的對比。利用辛烷代替汽油,代入Fluent進行數(shù)值模擬,并與實驗數(shù)據(jù)進行對比。發(fā)現(xiàn)實驗與數(shù)值模擬中燃燒區(qū)上游溫度較高且分布均勻,最佳燃燒區(qū)燃燒效果良好,實驗與相應數(shù)值模擬的溫度分布基本符合。同樣地,實驗測得的CO和NO_x數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬燃燒器出口處的CO和NO_x數(shù)據(jù)結果一致。
【關鍵詞】：液體燃料 多孔介質 多孔介質燃燒 燃燒特性
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE626.21
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 背景介紹11-13
• 1.1.1 能源背景11-12
• 1.1.2 技術背景12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀及進展13-15
• 1.2.1 多孔介質液體燃料燃燒技術的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 多孔介質液體燃料燃燒技術的研究進展14-15
• 1.3 研究課題介紹15-16
• 1.3.1 研究課題的提出15
• 1.3.2 研究目標15
• 1.3.3 本文主要研究內(nèi)容與研究方法15-16
• 1.4 本章小結16-17
• 2 新型液體燃料多孔介質燃燒裝置系統(tǒng)17-26
• 2.1 實驗系統(tǒng)17-22
• 2.1.1 燃油供應系統(tǒng)18-19
• 2.1.2 供氣系統(tǒng)19-20
• 2.1.3 供氣流量測量系統(tǒng)20
• 2.1.4 多孔介質燃燒系統(tǒng)20-21
• 2.1.5 溫度測量系統(tǒng)21
• 2.1.6 煙氣測量系統(tǒng)21-22
• 2.2 實驗準備22-23
• 2.2.1 實驗系統(tǒng)氣密性檢查23
• 2.2.2 實驗數(shù)據(jù)采集器材檢查23
• 2.3 主要實驗步驟23-25
• 2.4 實驗方法25
• 2.5 本章小結25-26
• 3 汽油在多孔介質中的燃燒特性研究26-38
• 3.1 著火啟動特性26-30
• 3.1.1 甲烷著火預熱啟動特性研究26-28
• 3.1.2 汽油著火特性研究28-29
• 3.1.3 總結29-30
• 3.2 系統(tǒng)溫度分布特性研究30-33
• 3.3 系統(tǒng)污染物排放特性研究33-36
• 3.4 燃燒室冷卻過程36-37
• 3.5 本章小結37-38
• 4 汽油在多孔介質燃燒器內(nèi)的燃燒模型方程38-44
• 4.1 物理模型38
• 4.2 基本假設與模型方程38-39
• 4.3 標準k-ε模型39-40
• 4.4 湍流擴散燃燒模型40-41
• 4.5 液滴蒸發(fā)模型41-42
• 4.6 邊界條件42
• 4.7 求解方法42
• 4.8 本章小結42-44
• 5 汽油在多孔介質中燃燒數(shù)值模擬與實驗驗證44-63
• 5.1 汽油在多孔介質中燃燒溫度分布特性及其與實驗的對比44-46
• 5.2 汽油在多孔介質中燃燒污染物排放特性46-54
• 5.3 汽油在多孔介質中燃燒的主要產(chǎn)物分布54-60
• 5.4 污染物排放與實驗結果的對比60-62
• 5.5 本章小結62-63
• 6 總結與展望63-65
• 6.1 總結63-64
• 6.2 展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-70
• 附錄70-79

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