【摘要】：中國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主,其他能源為輔。煤炭的高效燃燒和污染物的較低排放對我國的節(jié)能減排工作具有十分重要的意義。長期以來,學(xué)者對煤炭的燃燒過程進行了大量的研究。但是這些研究絕大多數(shù)是在地面有重力的情況下進行,地面研究時常常難以排除重力和浮力對燃燒過程的干擾,許多科學(xué)參數(shù)不能得到準確的測量,從而影響了我們對煤燃燃燒機理深入、準確的認識。有部分煤燃燃燒實驗通過短暫的落塔進行,因其產(chǎn)生微重力時間的限制,實驗樣品種類和燃燒時間受到限制。無疑,太空這樣完美的微重力環(huán)境,能為煤燃燒的機理研究提供理想的平臺,有助于深入理解煤燃燒過程,提高我國煤炭燃燒效率,更好實現(xiàn)節(jié)能減排和減少霧霾。“實踐十號”衛(wèi)星的太空煤燃燒項目為我們提供了研究無重力干擾下煤燃燒過程的途徑,本文也是基于此項目工作,針對上天微重力實驗進行了相關(guān)設(shè)計工作和研究。首先,本文對國內(nèi)外進行的微重力下煤燃燒實驗研究進行了概述。在之前學(xué)者研究的基礎(chǔ)上,針對“實踐十號”項目對上天微重力實驗系統(tǒng)進行了方案設(shè)計、風(fēng)險分析和設(shè)計驗證工作。其次,利用數(shù)值模擬對微重力實驗系統(tǒng)的加熱爐保溫性能進行了模擬和設(shè)計優(yōu)化,并給出合理建議;通過對加熱爐加熱過程模擬,確定了上天實驗的加熱功率,結(jié)果表明在可接受最大功率下,提高加熱功率可較大幅度的縮短加熱時間,同時降低總能耗;對無重力下的煤粉均勻化過程進行了模擬,初步研究了煤粉的無重力均勻化過程,為上天實驗現(xiàn)象及均勻化時間的確定提供了依據(jù),模擬表明20分鐘左右的均勻化時間有助于得到良好的煤粉顆粒群,從而有助于進行良好的無重力下火焰?zhèn)鞑嶒�。最�?對擬實驗樣品進行了熱重分析,并利用上天設(shè)備進行了煤粒樣品的地面匹配實驗,通過實驗我們可以推測在自然對流都幾乎沒有的微重力環(huán)境中,煤粒難以完全燃盡,觀測到的可能是部分氧化的現(xiàn)象。同時,還利用北京中科院力學(xué)所落塔進行了煤顆粒的燃燒實驗。實驗表明,微重力對煤粒燃燒影響的兩個因素——熱量傳遞和物質(zhì)輸送中,傳質(zhì)是影響燃燒過程的主要因素。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ534

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本文編號：2616071