轧钢加热炉燃烧工况在线测控系统

针对某大型钢厂轧钢加热炉系统在线实时性不强,采集数据不足,现场管理不便等问题,提出了构建加热炉燃烧工况在线测控系统。利用烟道气分析仪,在加热炉加热段增设多个燃烧气氛采集点,结合PLC和上位机组态软件,可以在线测量炉内不同区段残氧量与可燃物浓度,实现空气过剩系数的在线调整优化。同时,开发了节能量与氧化烧损两个模块,可用于实时估算可实现节能量与钢坯氧化烧损量。项目实施结果表明,炉燃烧工况在线测控系统可以实现加热炉内燃烧状况精确控制,有效降低燃气消耗。     

分级燃烧稳定性的数值计算

发展低NOx燃烧技术,一个主要方法是通过分级燃烧组合燃烧过程来满足工况下的低污染排放要求.实现该技术的一个关键技术是如何在运行中避免或控制非稳定振荡燃烧.通过对分级燃烧系统的非稳态数值模拟,可以看列燃烧系统动态特性不仅与每个进口的安排有关,也和频率密切相关.通过构建火焰传递函数,可以定量分析火焰动态变化的大小和它们之间的相位关系.这些结果可以帮助我们在设计和运行分级燃烧系统时,防止可能出现的振荡燃烧,实现燃烧系统在全工况下安全、高效运行.     

基于欧拉喷雾与火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型的PRF燃料喷雾燃烧模拟研究

在开源计算流体软件OpenFOAM环境下,将基于欧拉方法的Σ-Y喷雾模型与非稳态火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型相耦合,发展用于高温高压环境中液体燃料喷雾湍流燃烧高精度计算模型,分别对非燃烧和燃烧工况下的五种典型参比燃料(Primary Reference Fuel,PRF)的燃油喷射雾化与湍流燃烧过程开展数值研究。结果表明：该新型耦合模型能够准确的预测PRF燃料的喷雾和着火燃烧特性;所开发的重构数值喷雾纹影图像和燃烧OH^*图像处理方法能够很好地捕捉到试验的滞燃期、火焰浮起长度及喷雾火焰结构;研究揭示了不同比例的PRF燃料对喷雾及着火燃烧过程的影响特性,为替代燃料在发动机上的高效应用提供了理论指导。     

生物质内部燃烧特性的阴燃实验研究

根据生物质颗粒内部燃烧过程和生物质粉自然向下阴燃过程的共性,采用阴燃实验的方法研究了生物质内部燃烧特性。考查了物料种类、含水率、孔隙尺寸对生物质内部燃烧温度,燃烧中干燥前沿、炭氧化前沿的移动速度,裂纹、气体成分等的影响。实验结果为生物质燃烧和阴燃过程模拟以及深入理论分析提供了依据。     

煤在不同燃烧方式下环烃类化合物排放分布

1引言煤在燃烧过程中不仅排放大量飞灰、烟尘、重金属、NO。、SO。等有害物质污染环境，同时也排放相当浓度的苯系物、脂环烃、多环芳烃等环烃类有机物质直接危害人体健康l‘－’l。特别是PAHS具有致癌、致畸、致突变特性，并主要产生于煤的不完全燃烧过程。因此研究煤在燃烧过程中排放环烃类物质的一般规律，可以为进一步研究控制其排放的有效方法打下基础，具有良好的环境效益和社会效益。作者曾用美国HP公司色谱／质谱／红外三联仪系统研究了原煤二氯甲烷浸取液中和原煤在自制小型试验台架上燃烧排放烟气富集液中环烃类化合物分布特…     

基于多种控制机理的湍流爆炸燃烧模型研究

本文针对狭长受限空间油气爆炸燃烧发生、发展过程特点,建立不同控制机理制约不同反应步的分步反应湍流燃烧模型。该燃烧模型的基本思想在于将化学反应分为两步进行,各步的控制机理不同,各步释放的能量也不同．采用分解、混合、反应的分步方式来模拟油气爆炸燃烧过程,通过实验和数值计算结果表明,该模型能较好解决湍流爆炸燃烧过程的数值模拟问题,其结果与实验吻合很好。     

利用火焰发射光谱来研究汽油机的燃烧过程

本文用一套精密的光电转换系统，采集了一台汽油机燃烧过程中火焰辐射在可见光到近紫外波段内的光谱，探测到了燃烧中间产物ＣＨ、ＣＮ、Ｃ２、Ｈ２Ｏ等的特征光谱，并分析了这些产物在燃烧过程中的变化规律，以及随过量空气系数，缸内压力的变化．实验结果表明，汽油机三个不同的燃烧阶段具有不同的燃烧光谱特征：着火过程中，存在着大量的处于激发态的分子、原子、离子、自由基等活化中心的束缚态光谱，随着燃烧发展，ＣＨ、Ｃ２自由基的光谱强度明显加强；当减小过量空气系数时，光谱强度变弱并且着火延迟期增长；自由基特征光谱的光强变化曲线可以反映它们在燃烧过程中的浓度变化．所以火焰发射光谱是实时检测燃烧中间产物，特别是ＣＨ、Ｃ２等有害排放物变化规律的有效手段，可以为分析、模拟燃烧过程，控制排放提供有用的实验数据．     

湍流燃烧二阶矩模型的研究进展

湍流燃烧模型在燃烧过程数值模拟中十分重要。商业软件中仍然应用的简单模型,如EBU和预设PDF模型,常常不能很好地模拟有限反应动力学。目前通行的湍流燃烧模型,如层流小火焰模型和条件矩模型,只对一定的火焰类型和火焰结构的效果较好。PDF方程模型更通用,但计算量太大,用于大涡模拟更是如此。另一类是统计矩模型,即基于湍流模型的思路,用雷诺展开和取平均,封闭未知项的二阶矩模型,但是遇到了高度非线性的温度指数函数的困难。不同研究者采取了不同的近似处理,都低估了时平均反应率。作者彻底放弃各种近似方法,构建了终版的二阶矩模型,用于不同的单相和两相燃烧的雷诺平均模拟和大涡模拟,得到了实验验证和直接数值模拟的验证。     

燃烧法合成碳纳米管的实验方案设计

碳纳米管是一种新型的碳材料,其合成方法多种多样。燃烧法是一种新兴的合成方法,燃烧过程提供用于碳纳米管生长的高温环境,同时也提供足够的烃原料。目前,用于合成碳纳米管的原料包括气体燃料和液体燃料,火焰类型主要有层流扩散火焰、逆流扩散火焰和预混火焰等。影响炭纳米管火焰合成的因素主要有气体成分,温度,催化剂,燃氧比和采样条件。我们采用甲烷扩散火焰用于实验研究炭纳米管的合成条件。实验系统包括扩散火焰喷嘴,混和段,质量流量计,取样探针和基板,气源。内径5 mm的喷嘴与内径100 mm的钢筒同轴。实验测得在气量为0．20 SLM时火焰高度为 3．5 cm。涂覆有催化剂的基板水平朝下置于火焰中采样,并将采集的样品进行电镜分析。本文还对燃烧法合成碳纳米管的机理进行了分析。     

磁燃烧

由美国CUNY—City学院和CUNY—Lahman学院Sarachik M教授为首的研究组和Weizmann研究所、佛罗里达大学的科学家们共同在研究有关“磁燃烧”的问题．所谓的“磁燃烧”实际是考察固体中分子磁矩的取向在外磁场的作用下发生反转时的传播现象．因为这个现象与物质在燃烧过程中火焰前锋的传播极其相似．因此“磁燃烧”就可用来模拟没有火爝情况下可燃烧物质的燃烧过程．     

雾化角对液体火箭发动机燃烧室压力振荡的影响

针对液氧/煤油火箭发动机模型燃烧室实现了三维非稳态两相燃烧过程的数值模拟,得到的燃烧室截面平均压力和平均速度与实验吻合。在初边值条件不施加任何扰动的情况下,得到了燃烧室压力自激振荡过程,并研究了液氧和煤油喷嘴雾化角对燃烧室压力振荡的影响。计算结果表明:当雾化角为40°或120°时,由于燃料与氧化剂喷雾锥重叠区域较小或较大,导致了推进剂混合很差或很好,不易在燃烧室头部出现局部爆炸性的可燃混气团,致使燃烧室压力振荡强度较弱;而当雾化角为中间值65°时,易于出现爆炸性的可燃气团并导致剧烈的压力振荡,使燃烧室中出现燃烧不稳定性。因此,雾化角的合理设计是抑制燃烧不稳定性的一种途径。     

基于二阶矩燃烧模型的液雾燃烧大涡模拟

采用亚网格动能(k方程)应力模型、二阶矩(SOM)燃烧模型和欧拉拉氏两相流模型,对乙醇-空气液雾燃烧进行了大涡模拟(LES)。瞬态结果显示:在火焰的高温区域,旋涡强度较大;在高温区边缘附近存在的拟序结构有脱落的趋势。在燃烧装置的燃料进口附近,近喷嘴中心区域,大量液滴聚集在条状湍流拟序结构的周围。LES模拟的统计结果给出的温度分布与实验结果吻合较好。说明SOM燃烧模型适用于液雾两相湍流燃烧研究,计算结果经过和实验数据对比发现,LES-SOM燃烧模型优于RANS-PDF及LES-FA计算结果。数值计算结果与实验结果的误差主要是由于采用统观一步反应机理引起的,表明燃烧模型还有待进一步改进。     

Studies on aluminum powder combustion in detonation environment

The combustion mechanism of aluminum particles in a detonation environment characterized by high temperature (in unit 10³ K), high pressure (in unit GPa), and high-speed motion (in units km/s) was studied, and a combustion model of the aluminum particles in detonation environment was established. Based on this model, a combustion control equation for aluminum particles in detonation environment was obtained. It can be seen from the control equation that the burning time of aluminum particle is mainly affected by the particle size, system temperature, and diffusion coefficient. The calculation result shows that a higher system temperature, larger diffusion coefficient, and smaller particle size lead to a faster burn rate and shorter burning time for aluminum particles. After considering the particle size distribution characteristics of aluminum powder, the application of the combustion control equation was extended from single aluminum particles to nonuniform aluminum powder, and the calculated time corresponding to the peak burn rate of aluminum powder was in good agreement with the experimental electrical conductivity results. This equation can quantitatively describe the combustion behavior of aluminum powder in different detonation environments and provides technical means for quantitative calculation of the aluminum powder combustion process in detonation environment.     

堆积床内甲烷/空气预混燃烧的理论分析

在多孔介质内组织预混燃烧,燃气与多孔介质有强烈的换热作用,燃烧过程伴随着化学反应和热输运的强烈耦合。本文以惰性氧化铝球堆积床内的甲烷/空气预混燃烧为例,提出解析模型,对燃烧过程进行理论分析,给出温度分布的解析解,发现了超绝热火焰温度燃烧现象。     

Transported PDF simulation of turbulent CH4/H2 flames under MILD conditions with particle-level sensitivity analysis

Transported probability density function (TPDF) simulation with sensitivity analysis has been conducted for turbulent non-premixed CH₄/H₂ flames of the jet-into-hot-coflow (JHC) burner, which is a typical model to emulate moderate or intense low oxygen dilution combustion (MILD). Specifically, two cases with different levels of oxygen in the coflow stream, namely HM1 and HM3, are simulated to reveal the differences between MILD and hot-temperature combustion. The TPDF simulation well predicts the temperature and species distributions including those of OH, CO and NO for both cases with a 25-species mechanism. The reduced reaction activity in HM1 as reflected in the peak OH concentration is well correlated to the reduced oxygen in the coflow stream. The particle-level local sensitivities with respect to mixing and chemical reaction further show dramatic differences in the flame characteristics. HM1 is less sensitive to mixing and reaction parameters than HM3 due to the suppressed combustion process. Specifically, for HM1 the sensitivities to mixing and chemical reactions have comparable magnitude, indicating that the combustion progress is controlled by both mixing and reaction in MILD combustion. For HM3, there is however a change in the combustion mode: during the flame initialization, the combustion progress is more sensitive to chemical reactions, indicating that finite-rate chemistry is the controlling process during the autoignition process for flame stabilization; at further downstream where the flame has established, the combustion progress is controlled by mixing, which is characteristic of nonpremixed flames. An examination of the particles with the largest sensitivities reveals the difference in the controlling mixtures for flame stabilization, namely, the stoichiometric mixtures are important for HM1, whereas, fuel-lean mixtures are controlling for HM3. The study demonstrates the potential of TPDF simulations with sensitivity analysis to investigate the effects of finite-rate chemistry on the flame characteristics and emissions, and reveal the controlling physio-chemical processes in MILD combustion.     

湿空气扩散燃烧火焰结构特性研究

利用二维粒子成像速度仪(PIV)对钝体燃烧器中的甲烷／湿空气扩散燃烧的速度场进行测量,考察其火焰的结构特性及其内部流动状况。通过对湿空气燃烧流场与普通燃烧流场的对比分析表明,湿空气燃烧情况下,两种燃烧状态的火焰(回流燃烧火焰和中心射流主导火焰)相互转换的燃空速度比(γ)值要比普通燃烧的小;湿空气燃烧使得喷嘴后的同流空气的速度降低,空气的回流作用减弱,燃料更容易冲出回流区,火焰的稳定性能变差。     

新型燃煤锅炉燃烧过程稳定性评价指数CSI

本文简要分析了现有燃烧稳定性评价方法不具有通用性的原因，然后提出了基于BIBO稳定性理论的新型燃煤钢炉燃烧过程稳定性评价指数CSI，该指数用稳定燃烧过程能够克服的最大燃料扰动率来定量。燃烧过程动态模拟分析和试验测试结果初步验证了CSI指数的有效性。可望在此基础上建立一种全面的评价电站燃煤锅炉燃烧过程相对稳定性的理论体系。     

振荡燃烧过程的计算和诊断

振荡燃烧现象是在发展洁净,高效和安全动力推进系统经常会遇到的问题.本文综述了作者近些年在针对油雾振荡燃烧方面的研究工作.通过把CFD和稳定性分析结合起来,发展了预测和诊断振荡燃烧的非稳定性及其振荡频率的新方法.运用这一方法,求解系统稳态方程和线性扰动方程可得到流场的动态信息和其稳定模态,将为深入认识振荡燃烧机理和开发控制方法提供指导.