甲烷-湿空气对冲扩散火焰中CO的生成特性

本文描述了HAT循环中CO排放的基础研究结果。为了澄清加湿和CO排放的关系,采用GRI-mech3．0详细化学反应机理,对甲烷-湿空气对冲扩散火焰进行了数值研究。对不同的空气含湿量通过改变进口预热温度调节最高火焰温度,解耦湿空气影响火焰的温度和自由基浓度效应,研究甲烷-湿空气火焰中CO生成的化学机理。计算结果表明在火焰最高温度相同的情况下,湿空气中的水蒸汽使OH基浓度增加、O基和H基浓度降低,从而抑制CO的生成。这些结果有益于准确预测HAT循环中CO的排放。     

氢气对薄反应区湍流火焰详细火焰结构影响研究

氢是一种非常有前景的清洁可再生能源载体.掺氢燃料预混稀燃是当前开发清洁高效的低排放燃气轮机最重要的能源转化方式之一.本文基于预混CH4/H2/air本生灯火焰,对氢气掺混影响下的湍流火焰详细火焰结构进行了测量和表征.实验采用CH2O和OH基平面激光诱导荧光(PLIF,Planar Laser Induced Fluor...     

重力对扩散射流火焰动态特性的影响

本文探讨重力对扩散射流火焰动态特性的影响规律。结果表明,火焰闪烁现象是一种浮力诱导不稳定性,在浮力消失或反向重力场中,不存在这种不稳定性现象,闪烁频率与燃料射流速度无直接关系,但涡的大小随燃料射流速度的增大而增大。存在触发火焰闪烁的临界高度,闪烁频率与重力成平方根关系式。反向重力情况下,也存在浮力稳定型平面火焰,它反映了浮力与火焰的耦合作用。     

掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明,热量的传递主要是通过热气流对流进行,上游高温气流快速沿轴向流动,径向热量传递较弱;而下游轴向速度降低,热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定,而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响,增大射流速度后,火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O浓度皆显著增加,且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响,随着H₂含量增加,燃料向下游传播距离缩短,CO、NO、CO₂浓度降低,H₂O浓度增加。     

回流扩散燃烧火焰湍流结构特性的PIV测量

利用粒子图像速度场测量(PIV)技术对不同燃空速度比下的钝体回流扩散燃烧流场进行了测量,考察不同火焰的湍流结构特性.结果表明,流场中轴向脉动速度沿钝体中心轴线成对称分布,轴向脉动速度最大值出现在钝体中心轴线处,流场切向雷诺应力以饨体轴线呈中心对称,在中心轴线处切向雷诺应力值为0,随燃空速度比的增大,轴向脉动速度和切向雷诺应力不断增大,随着与钝体表面的距离增加,流场截面上最大轴向脉动速度不断减小,最大切向雷诺应力先增大,后减小.     

超音速氢气燃烧火焰结构特性的直接数值模拟

在课题组前期工作的基础上,对一马赫数为1.2的三维超音速氢气射流抬升火焰进行了直接数值模拟研究,其中空间离散采用波带优化的四阶WENO格式,时间积分采用带有TVD性质的三步三阶龙格库塔格式,边界条件采用了无反射特征边界条件,总的计算网格数达到9.75亿。结果表明:超音速射流氢气燃烧火焰可分为根部层流状的高温高热量释放率稳燃区、高度褶皱的湍流剧烈混合区和远场燃烧区。火焰自燃稳燃点出现在喷口附近的x/D=0.86处,对应着最易反应混合分数。在此下游,预混燃烧和扩散燃烧两种模式同时存在,其中在剧烈混合区和远场区火焰以扩散燃烧为主,但在火焰根部的局部区域预混燃烧热量释放率达到35%左右。     

微尺度扩散火焰特性的数值解析

本文以均匀空气流中圆管形成的甲烷射流扩散火焰为对象,用数值解析的方法研究了微尺度扩散火焰的火焰结构和燃烧特性。燃烧反应采用甲烷/空气一步总包反应,喷管壁面采用绝热条件。在Re一定情况下,改变喷口尺寸和喷口流速考察了微扩散火焰的结构和火焰熄灭的尺度效应。数值结果表明,随着喷口直径的增大,微火焰的上方出现回流; Re=12条件下,在喷口直径=0.07 mm时存在熄灭极限;稳定燃烧区的最小发热率约为0.5 W;微尺度条件下,Da数对火焰结构和火焰的熄灭有一定的影响。     

碳氢扩散火焰实验研究：燃烧气氛对火焰光谱与温度的影响

辐射是各种燃烧过程中热传递的主要方式。在不同的火焰中,辐射光谱分布十分复杂。在这项工作中,利用光谱仪测量了可见光(200～900 nm),近红外(900～1 700 nm)和中红外(2 500～5 000 nm)波段火焰的光谱强度,分析了空气和富氧气氛下扩散火焰的光谱特征。并基于光谱分析,定量得到了火焰中碳烟以及气体发射的辐射力,计算了火焰的温度分布。结果表明,空气燃烧中的火焰温度低于富氧燃烧中的火焰温度。在空气气氛下,火焰中的碳烟和气体均对中的热辐射起着重要作用。而在富氧气氛下,气体对于火焰热辐射更为重要。在可见光和近红外波段,由于在空气气氛下火焰中碳烟的大量形成,光谱曲线显示出了良好连续性。而富氧气氛下火焰的辐射光谱降低。在中红外波段,空气气氛下火焰的气体辐射明显弱于富氧气氛下火焰的气体辐射。     

甲烷/富氧扩散火焰燃烧区域的分层特性研究

本文对甲烷／富氧扩散火焰燃烧区域的分层特性进行了数值模拟和实验研究,结果表明氧化剂中氧浓度的增加加剧了火焰的分层现象(黄焰层与蓝焰层),使蓝色火焰变厚,并且使NOx生成大量增加;火焰面上的速度梯度主要影响黄色火焰厚度,蓝色火焰随着速度梯度的增加而减小, NOx生成也随之较少。对比温度及火焰结构还表明,研究中所采用的数值模拟方法可以正确地预测对向流扩散火焰特性。     

甲烷/氧气层流反扩散火焰形态及滞后特性研究

对空气气氛中甲烷/氧气反扩散火焰的形态和推举滞后特性进行了实验研究. 实验中通过改变气体流量考察了气速变化对火焰形态演变及滞后特性的影响, 并利用紫外相机系统研究了气速对不同形态火焰中OH^*分布的影响. 研究结果表明: 甲烷气速、氧气气速和火焰的历史状态是决定火焰形态的三个重要参数, 并以此对实验范围内的火焰形态进行了分区; 氧气气速对不同形态反扩散火焰轴线上的OH^*分布有相似的影响, 当氧气缺乏时, 反扩散反应区较短, 当氧气富余时, 反扩散反应区在轴向分布较广; 同轴甲烷的气速对反扩散火焰的滞后特性影响显著, 随着甲烷气速的增加, 反扩散火焰的推举速度和再附着速度呈线性减小, 部分预混火焰向反扩散火焰转变的速度呈线性增加.     

基于AdapChem方法的甲烷预混和非预混燃烧数值计算

采用自适应化学理论AdapChem的方法对两种CH4/空气部分预混、非预混火焰的燃烧过程开展了数值模拟工作.计算得到了两种燃烧工况下,几种重要的主量成分、非主量成分的浓度值;同时对反应放热和HCO之间的潜在关系进行了分析.通过对两种工况下模拟结果的比较,AdapChem方法合理预报了甲烷预混和非预混燃烧过程的各种物理化学特性,并达到了节约计算时间的目的.     

微型火焰管中燃烧的研究

提出了一种新型的微动力机电系统观念,即微型热光电 TPV(thermo photovoltaic)系统。微型燃烧室是微型TPV系统中最重要的部分之一。为了获得较高的能量转换效率,需要使燃烧器壁面四周处于较高且分布均匀的温度状态。尺寸效应对微型燃烧室中的持续燃烧带来了很大的影响。为了分析微型燃烧器中燃烧的可行性和有关影响因素,在不同工况下进行实验。结果表明,在一定的流量和混合比范围内,可以在微型火焰管内维持稳定的燃烧,高温能够在燃烧室四周均匀分布。     

HAT循环的系统优化

ＨＡＴ循环的系统优化肖云汉，林汝谋，蔡睿贤（中国科学院工程热物理所北京１０００８０）关键词：ＨＡＴ循环，系统优化一、前言ＨＡＴ循环采用两相、多组份的混合工质，利用现有成熟的部件技术，以低造价的简单系统实现高效率、高比功、低污染和良好的变工况性能，引起...     

层流拉伸非预混火焰影响因素的数值研究

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反应机理均对火焰面结构的准确模拟有着重要影响.此外计算了考虑热辐射时,随着当量混合的标量耗散率的改变而变化的每单位火焰面面积放热速率和燃烧场的最高温度,并分析了层流非预混火焰的熄火现象.     

整体煤气化湿空气透平(IGHAT)循环的参数优化

本文采用非线性优化方法,分析了整体煤气化湿空气透平（ＩＧＨＡＴ）循环的热力性能,研究了温化器出口空气含 湿量、间冷压比及空分集成程度等主要参数对循环性能的影响。结果指出较之湿空气透平（ＨＡＴ）循环,ＩＧＨＡＴ循环的 空气含湿量有了大幅度的提高,从而使得循环比功大大增加。     

旋流非预混燃烧火焰流动特性的实验研究

利用粒子图像速度场测量技术(PIV)对不同工况下的旋流非预混燃烧流场进行了测量,考察不同燃空速度比下旋流火焰的流动特性.结果表明,轴向截面上径向平均速度流场以燃烧器轴线呈中心对称,轴向平均速度、轴向脉动速度和径向脉动速度沿燃烧器轴线成对称分布,且轴向平均速度和轴向脉动速度的最大值出现在轴线处.随燃空速度比的增大,轴向平均速度和脉动速度增大,随着与燃烧器表面的距离增加,流场截面上轴向平均速度和脉动速度差异不断减小.     

惰性多孔介质内过滤燃烧特性分析

以惰性堆积床内甲烷/空气低速过滤燃烧为例,因次分析系统特征尺度,基于修正的单温度模型,提出一种封闭的耦合解析方法,对燃烧过程进行理论分析.研究了燃烧波波速、火焰传播速率、最高燃烧温度等燃烧特性参数,将计算结果与实验结果以及前人的理论结果进行对比.     

铬在氢/空气预混火焰中氧化分析

用实验方法研究了铬在层流氢/空气预混火焰中的氧化行为。首先把铬以蒸汽状态添加到火焰中,就保证了铬完全没有被氧化。在燃烧过程中产生了Cr_2O_3颗粒和其它气态铬的金属氧化物。对预混火焰中样本的分析表明,起初随着与燃烧器的距离增加,六价铬的数量也增加;当与燃烧器的距离增大到一定值时,六价铬的数量就开始减少,直至5％。     

二次风率对分级进风燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

本文在分级进风燃烧室的热态实验装置上,测量了燃烧室内湍流燃烧的温度场和组分浓度场,研究了分级进风的流量比率即二次风率对燃烧及NOx生成的影响.得到了四组不同二次风率下燃烧室内气体温度和O2、CO2、CO与NO浓度的分布.