【摘要】：煤炭是目前世界上最重要的一次能源,在我國的能源結(jié)構(gòu)上有著十分重要的地位。研究煤炭燃燒機理,發(fā)展清潔高效的燃煤技術(shù)成為了當下節(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)包含多相物理化學反應(yīng)過程,對機理研究帶來了非常大的困難。PLIF技術(shù)具有高時間、空間分辨率、高靈敏度等優(yōu)點,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ICMOS相機探測火焰中OH基團受激躍遷后自發(fā)輻射的熒光信號來反映火焰結(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,而且還沒有學者對群燃煤粉中單顆粒煤粉燃燒行為進行研究。因此,本文將開展利用多種重頻PLIF技術(shù)研究煤粉燃燒特性,用以評估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;并且同時對煤粉群燃的宏觀特性以及其中單顆粒的微觀特性進行測量研究。本文利用10 Hz的PLIF獲得了煤粉種類、煤粉粒徑、環(huán)境溫度、環(huán)境氧濃度、顆粒給粉速率五個因素對于煤顆粒群燃燒特點的影響規(guī)律。結(jié)果表明,除了環(huán)境溫度對煤粉群燃特性影響較小,其他各因素都會對顆粒群燃的著火延遲、OH信號強度等產(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)分燃燒過程,得到了其在揮發(fā)分燃燒過程中火焰形態(tài)、OH信號強度以及運動速度等變化的信息。利用統(tǒng)計分析結(jié)果對比群燃實驗結(jié)果,對煤粉群燃特性進行了分析。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程,對其著火模式進行了分析,并結(jié)合群燃煤粉OH-PLIF結(jié)果,對比分析了不同著火模式對于后續(xù)燃燒特點的影響。不同的PLIF測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粒群宏觀燃燒特性、微觀變化過程以及早期著火燃燒機理進行研究,其在固體顆粒燃燒特性研究方面具有巨大的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿Α?br> 【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ534
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文火焰可見光圖像、激光誘導白熾光技術(shù)、Mie 散，PLIF 技術(shù)高時間分辨率和空間分辨率以及非場和燃燒場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，學者們也在該方面取得本大阪大學 (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�？臻g位置分布的關(guān)系。結(jié)果表明了煤粉群燃火焰比較詳細的火焰結(jié)構(gòu)以及其燃用了陰影多普勒粒子分析儀 (Shadow Dopple溫法分別對煤顆粒的形狀、速度和燃燒過程中驗研究肯定了 OH-PLIF 技術(shù)在研究煤粉燃燒特評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程的變化趨勢，同時結(jié)合數(shù)值模擬得到的氣體溫度和氧氣濃度，對煤火焰的結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析。實驗結(jié)果圖像中，OH-PLIF 信號呈現(xiàn)清晰的火焰結(jié)構(gòu)，LII 和 Mie 散射信號分別呈現(xiàn)了煤煙體積分數(shù)和煤粉顆粒的空間分布的詳細信息，實驗結(jié)果如圖 1-1 所示。實驗獲得了煤粉燃燒碳煙煙氣存在的區(qū)域以及生成需要滿足的條件。2015 年，劍橋大學 (UniversityofCambridge) 的 SaravananBalusamy[11]等人在 21 kW 的實驗室規(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。實驗結(jié)果中，OH-PLIF 圖像捕捉了先導甲烷-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。實驗中，PLIF 重頻為 10Hz，激光單脈沖能量為 12mJ，使用探測器為 ICCD 和 CCD 相機。實驗結(jié)果通過對比 OH-PLIF、Mie 散射以及 LII 信號，分析了不同的煤粉給粉速度和環(huán)境氧濃度以及 CO2稀釋氣體濃度對三種信號的影響，獲得了很好的成果。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文煙氣、焦油和顆粒本身的黑體輻射信號進行探測成像。實驗結(jié)果通過分析冷圖像，確定了煤粉揮發(fā)分燃燒的持續(xù)時間，并且測得了單顆粒煤粉揮發(fā)分火燃燒持續(xù)時間與粒徑、形狀以及速度之間的關(guān)系。對比冷光圖像和 OH-PLIF 像分析了單顆粒煤粉的揮發(fā)分著火過程以及揮發(fā)分火焰熄滅和焦炭著火燃燒程特點。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 283.01nm，片光長度 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比。研究分析發(fā)現(xiàn) OH-PLIF 適用于研究顆粒的著火過程，但是不適合研揮發(fā)分火焰熄滅及焦炭著火過程；而冷光熒光成像法則剛好相反，更加適合于測量煤粉揮發(fā)分燃燒持續(xù)時間。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)點與重要性。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李

本文編號：2795926