【摘要】：煤炭是目前世界上最重要的一次能源,在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)上有著十分重要的地位。研究煤炭燃燒機(jī)理,發(fā)展清潔高效的燃煤技術(shù)成為了當(dāng)下節(jié)能減排迫在眉睫需要解決的難題。煤炭由于其本身的結(jié)構(gòu)以及成分復(fù)雜,其燃燒反應(yīng)包含多相物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,對(duì)機(jī)理研究帶來(lái)了非常大的困難。PLIF技術(shù)具有高時(shí)間、空間分辨率、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn),在研究煤粉著火燃燒特性方面獲得了許多重要的成果。OH-PLIF技術(shù)是通過(guò)ICMOS相機(jī)探測(cè)火焰中OH基團(tuán)受激躍遷后自發(fā)輻射的熒光信號(hào)來(lái)反映火焰結(jié)構(gòu)及溫度等信息。而目前的主要研究方向上主要分為低頻(10 Hz)PLIF研究煤粉群燃宏觀(guān)特性,高頻(~10 kHz)PLIF研究單顆粒煤粉著火特性。頻率利用間隔大,而且還沒(méi)有學(xué)者對(duì)群燃煤粉中單顆粒煤粉燃燒行為進(jìn)行研究。因此,本文將開(kāi)展利用多種重頻PLIF技術(shù)研究煤粉燃燒特性,用以評(píng)估PLIF技術(shù)在研究煤粉等固體顆粒燃燒特性方面的適用范圍;并且同時(shí)對(duì)煤粉群燃的宏觀(guān)特性以及其中單顆粒的微觀(guān)特性進(jìn)行測(cè)量研究。本文利用10 Hz的PLIF獲得了煤粉種類(lèi)、煤粉粒徑、環(huán)境溫度、環(huán)境氧濃度、顆粒給粉速率五個(gè)因素對(duì)于煤顆粒群燃燒特點(diǎn)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,除了環(huán)境溫度對(duì)煤粉群燃特性影響較小,其他各因素都會(huì)對(duì)顆粒群燃的著火延遲、OH信號(hào)強(qiáng)度等產(chǎn)生一定程度的影響。利用500 Hz的PLIF技術(shù)獲得了群燃煤粉中單顆粒的連續(xù)揮發(fā)分燃燒過(guò)程,得到了其在揮發(fā)分燃燒過(guò)程中火焰形態(tài)、OH信號(hào)強(qiáng)度以及運(yùn)動(dòng)速度等變化的信息。利用統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果對(duì)比群燃實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)煤粉群燃特性進(jìn)行了分析。最后利用5 kHz和10 kHz的PLIF技術(shù)研究了群燃煤粉中單顆粒的著火過(guò)程,對(duì)其著火模式進(jìn)行了分析,并結(jié)合群燃煤粉OH-PLIF結(jié)果,對(duì)比分析了不同著火模式對(duì)于后續(xù)燃燒特點(diǎn)的影響。不同的PLIF測(cè)量方法適用于研究煤粉燃燒特性的不同方面,選擇合適的PLIF參數(shù),能夠?qū)γ悍垲w粒群宏觀(guān)燃燒特性、微觀(guān)變化過(guò)程以及早期著火燃燒機(jī)理進(jìn)行研究,其在固體顆粒燃燒特性研究方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿Α?br> 【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ534
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文火焰可見(jiàn)光圖像、激光誘導(dǎo)白熾光技術(shù)、Mie 散，PLIF 技術(shù)高時(shí)間分辨率和空間分辨率以及非場(chǎng)和燃燒場(chǎng)特性方面得到了廣泛的應(yīng)用，同樣存在廣闊的應(yīng)用前景，學(xué)者們也在該方面取得本大阪大學(xué) (Osaka University) 的 Seungmin 于研究煤粉燃燒特性。他們利用 OH-PLIF 技 5 kW 的煤粉燃燒器上煤粉顆粒群燃燒的火焰區(qū)和煤粉顆粒空間位置分布的關(guān)系。結(jié)果表明了煤粉群燃火焰比較詳細(xì)的火焰結(jié)構(gòu)以及其燃用了陰影多普勒粒子分析儀 (Shadow Dopple溫法分別對(duì)煤顆粒的形狀、速度和燃燒過(guò)程中驗(yàn)研究肯定了 OH-PLIF 技術(shù)在研究煤粉燃燒特評(píng)估煤粉火焰以及研究火焰結(jié)構(gòu)具有非常重要

間位置及煤粉燃燒進(jìn)程的變化趨勢(shì)，同時(shí)結(jié)合數(shù)值模擬得到的氣體溫度和氧氣濃度，對(duì)煤火焰的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖像中，OH-PLIF 信號(hào)呈現(xiàn)清晰的火焰結(jié)構(gòu)，LII 和 Mie 散射信號(hào)分別呈現(xiàn)了煤煙體積分?jǐn)?shù)和煤粉顆粒的空間分布的詳細(xì)信息，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 1-1 所示。實(shí)驗(yàn)獲得了煤粉燃燒碳煙煙氣存在的區(qū)域以及生成需要滿(mǎn)足的條件。2015 年，劍橋大學(xué) (UniversityofCambridge) 的 SaravananBalusamy[11]等人在 21 kW 的實(shí)驗(yàn)室規(guī)格的煤粉-甲烷燃燒器上，利用 OH-PLIF 技術(shù)、Mie 散射、LII 技術(shù)研究了氧化劑和稀釋劑濃度以及煤給粉速率對(duì)煤粉顆粒群燃燒的影響，并且獲得了煤煙煙氣的空間分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，OH-PLIF 圖像捕捉了先導(dǎo)甲烷-空氣預(yù)混火焰的燃燒反應(yīng)區(qū)，以及不同 O2/CO2配比濃度組分下煤粉顆粒群火焰結(jié)構(gòu)的變化。實(shí)驗(yàn)中，PLIF 重頻為 10Hz，激光單脈沖能量為 12mJ，使用探測(cè)器為 ICCD 和 CCD 相機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)對(duì)比 OH-PLIF、Mie 散射以及 LII 信號(hào)，分析了不同的煤粉給粉速度和環(huán)境氧濃度以及 CO2稀釋氣體濃度對(duì)三種信號(hào)的影響，獲得了很好的成果。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文煙氣、焦油和顆粒本身的黑體輻射信號(hào)進(jìn)行探測(cè)成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)分析冷圖像，確定了煤粉揮發(fā)分燃燒的持續(xù)時(shí)間，并且測(cè)得了單顆粒煤粉揮發(fā)分火燃燒持續(xù)時(shí)間與粒徑、形狀以及速度之間的關(guān)系。對(duì)比冷光圖像和 OH-PLIF 像分析了單顆粒煤粉的揮發(fā)分著火過(guò)程以及揮發(fā)分火焰熄滅和焦炭著火燃燒程特點(diǎn)。其中冷光成像和 OH-PLIF 成像幀頻均為 10kHz，同步拍攝；PLIF 部激光單脈沖能量 0.33mJ，激發(fā)波長(zhǎng) 283.01nm，片光長(zhǎng)度 7mm，厚度~100μm如圖 1-3所示為OH-PLIF和冷光熒光成像兩種方法獲得的單顆粒煤粉燃燒圖及對(duì)比。研究分析發(fā)現(xiàn) OH-PLIF 適用于研究顆粒的著火過(guò)程，但是不適合研揮發(fā)分火焰熄滅及焦炭著火過(guò)程；而冷光熒光成像法則剛好相反，更加適合于測(cè)量煤粉揮發(fā)分燃燒持續(xù)時(shí)間。該研究從另一方面提出了 OH-PLIF 在研究粉著火燃燒特性方面的不足與局限性，并提出了冷光熒光成像的方法，指出其在研究煤粉特性方面的優(yōu)點(diǎn)與重要性。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李

本文編號(hào)：2795926