旋流数对湍流燃烧中NO生成影响的研究

通过实验和用湍流燃烧二阶矩概率密度模型对不同旋流数下甲烷-空气湍流燃烧和NO生成进行了研究。在燃料中加入少量氨模拟燃料氮。研究结果表明,随旋流数的增大（由0到1）,热NO排放先上升后下降,而总NO和燃料NO排放则先下降后上升。旋流数增大使湍流强度先下降然后稍有上升,使进口附近温度先上升然后稍有下降。热NO的生成受温度的影响更大而燃料NO的生成受湍流的影响更大。     

旋流燃烧NO生成的USM湍流反应模型

用统一二阶矩(USM)湍流反应模型对不同旋流数下甲烷-空气旋流燃烧NO生成进行了数值模拟,并和EBU-Arrhenius(E-A)燃烧模型对燃烧的模拟结果和简化PDF湍流反应模型对NO生成的模拟结果以及相应的实验结果进行对比。结果表明,USM模型显著地优于E-A模型和简化PDF模型。E-A模型不能合理地模拟有限反应动力学,而简化PDF模型用两个单变量PDF的乘积代替联合PDF,大大地低估了NO湍流反应率。USM模型预报结果和实验结果符合最好。     

旋流对煤粉燃烧NO排放影响的数值模拟

本文用基于HCN释放的简化Solomon模型的NO生成湍流反应的统一二阶矩代数模型(AUSM)和煤粉燃烧的双流体模型,对不同旋流数下煤粉燃烧器内两相流动,煤粉燃烧和NO生成进行了数值模拟。模拟结果和文献中实验结果符合很好。模拟结果指出,随着旋流数的增加,NO的排放先减少后增加,燃尽率先增加后减小,和气体燃烧中得到的规律类似。     

卤素对于燃烧中CO氧化和NO生成的影响

卤族元素在燃烧时会影响CO的氧化和NO的生成。本文通过化学平衡方法分析了H2O和HCl对于CO氧化的协同效应,在非均匀布风流化床中进行了PVC塑料与煤或半焦的混烧试验,测量了CO和CH4的排放特性,从而从理论上和实验上证明了HCl对CO氧化的抑制作用。并给出了今后研究的方向和问题。     

交变电场对扩散火焰燃烧过程及NO生成的影响

本文实验研究了高频交变电场对甲烷/空气扩散火焰的影响,在较大的电压变化范围内对比了火焰的形态、中间产物浓度和燃烧产物组成的变化。实验结果表明,随着电场电压从零开始不断增大直到发生气体放电,CH和OH的体积浓度先减小后增大,最后维持在比较稳定的范围内;产物中NO的体积分数先减小,后增大,发生气体放电后急剧减小,而CO体积分数变化与NO正好相反。发生气体放电时不完全燃烧加剧,火焰不稳定性增强。     

一次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

本文在分级进风旋流燃烧室的实验装置上进行了湍流燃烧的实验研究。测量了在不同的一次风旋流数下,气体的时均温度、O2、CO2、CO和NO浓度的分布。利用实验测量结果分析了一次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧及NOx生成的影响。     

堵塞和煤粉浓缩器对旋流两相流动影响的研究

旋流煤粉燃烧器加进口堵塞和煤粉浓缩器可以影响湍流,燃烧温度以及煤粉浓度的分布,从而影响NO的生成与排放。本文用三维相位多普勒颗粒测速仪(PDPA)测量和双流体模型数值模拟研究了堵塞和煤粉浓缩器对旋流煤粉燃烧器内两相流动的影响。实验结果和数值模拟结果基本符合。实验和模拟结果都表明,无论是进口堵塞还是煤粉浓缩器都会增加旋流燃烧器的进口湍流度,同时增加进口轴线附近的颗粒浓度,后者将有利于降低NO排放。     

湍流旋流燃烧与NO_x生成的实验测量

本文设计了采用分级进风方式的旋流燃烧室,建立了湍流旋流燃烧热态实验装置系统。对分级进风旋流燃烧室内的湍流燃烧与NO_x生成进行了实验测量,获得了在不同的分级进风流量比率即二次风率下燃烧室内气体温度和O₂.CO₂、CO与NO浓度的分布。     

等离子体对含硼两相流扩散燃烧特性的影响

为排除来流空气对含硼燃气的掺混效应, 研究等离子体对含硼富燃料推进剂在补燃室二次燃烧过程的影响, 建立了含硼两相流平行进气扩散燃烧物理模型. 利用高速摄影仪拍摄了含硼燃气在补燃室二次燃烧的火焰图像, 分析了该物理模型的扩散燃烧特性和硼颗粒的二次点火距离. 采用硼颗粒的King点火模型、有限速度/涡耗散模型、颗粒轨道模型和RNG k-ε模型以及等离子体模型, 模拟了一定条件下等离子体对含硼两相流扩散燃烧过程的影响. 结果表明, 依据含硼燃气二次燃烧图像得到的硼颗粒二次点火距离, 与数值模拟结果基本一致, 保证了该物理模型和计算方法的可靠性. 含硼两相流经过等离子体区域后, 硼颗粒在运动轨迹上颗粒温度明显增加, 颗粒直径明显减小, B₂O₃的质量分数分布区域明显扩增, 70%的硼颗粒在到达补燃室2/3尺寸前燃烧效率已达到100%, 硼颗粒充分燃烧释放出更多热量导致中心流线区域温度增加近1/2, 可见等离子体可以明显强化含硼两相流的燃烧过程, 提高硼颗粒的燃烧效率.     

挥发份的均相反应等对N_2O、NO生成影响的模拟与实验研究

用模拟和实验相结合的方法研究了挥发分的均相反应、温度等因素对N2O、NO生成与分解的影响。研究发现，挥发分主要通过分解反应影响N2O的排放量，而主要通过生成反应影响NO的排放量。与高挥发分煤混合燃烧时，不仅N2O生成量降低，氮生成N20的总体转化率也下降。N2O的经时特性要经历一个从生成到分解的过程。     

分级进风对旋流燃烧室内湍流燃烧的影响

本文在分级进风旋流燃烧室的实验台上,测量了在不同的分级进风比率或二次直流风率条件下,湍流旋流燃烧的时均温度场、O_2、CO_2、CO和NO浓度场的分布。通过实验测量结果分析了分级进风对旋流燃烧室内湍流燃烧过程及NOx生成的影响。     

旋流喷雾燃烧的直接数值模拟

对三维旋流喷雾燃烧进行了初步的直接数值模拟,其中液滴蒸发采用无限热传导蒸发模型描述,气相燃烧采用自适应单步反应机理,液滴的跟踪在拉格朗日框架中进行。模拟结果表明,喷雾燃烧的火焰结构十分复杂,仅采用传统的非预混燃烧模型是不够的。在蒸发和燃烧共存并存在强烈相互作用的区域,组分与混合物份额之间存在着复杂的关联,这给发展精确的湍流喷雾燃烧模型带来了挑战。     

旋流燃烧室内湍流燃烧的PDA实验研究

本文建立了采用分级进风的旋流燃烧室实验台，实现了用三维激光粒子动态分析仪（ＰＤＡ）测最湍流旋流燃烧的热态瞬时速度场。在一次风旋流数为０．６９的工况下，衍到了燃烧室内气体时均轴向与切向速度和轴向与切向脉动速度均方根值的分布。