【摘 要】
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在节能减排的时代背景下,相比传统燃烧技术,更加节能高效的多孔介质燃烧技术已逐渐引起研究者们的关注。目前,多孔介质燃烧技术已经应用到生产生活的多个领域。本文通过实验与数值模拟相结合的方法研究了空气-丙烷混合气在球堆积型多孔介质燃烧器内的过滤燃烧特性。自行设计并搭建了多孔介质预混合过滤燃烧实验台,以丙烷和空气预混合气为燃料,分析了球堆积型多孔介质内的火焰传播特性。实验通过分析红外热像图发现,将点火预热
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在节能减排的时代背景下,相比传统燃烧技术,更加节能高效的多孔介质燃烧技术已逐渐引起研究者们的关注。目前,多孔介质燃烧技术已经应用到生产生活的多个领域。本文通过实验与数值模拟相结合的方法研究了空气-丙烷混合气在球堆积型多孔介质燃烧器内的过滤燃烧特性。自行设计并搭建了多孔介质预混合过滤燃烧实验台,以丙烷和空气预混合气为燃料,分析了球堆积型多孔介质内的火焰传播特性。实验通过分析红外热像图发现,将点火预热室与主燃烧室分离开来,形成一个独立空间结构,点火后能够在预热室内形成稳定火焰,可以降低点火过程对火焰结构的影响,使燃烧初期多孔介质区的预热更加均匀,预热效果更为理想。随着燃烧反应进行,燃烧火焰区沿下游方向传播,火焰区厚度在燃烧前期呈逐渐拓宽趋势,当火焰移动至下游时,火焰区厚度保持相对稳定、不再拓展。基于上述球堆积床型多孔介质预混合燃烧实验系统,通过调整堆积床结构,分析了颗粒直径及填充方式对过滤燃烧特性的影响;通过变工况实验,讨论混合气入口速度、当量比等关键参数对过滤燃烧的温度特性、火焰特性以及燃烧极限的影响;探讨了预混气体在颗粒直径分别为3mm和8mm的球堆积床内过滤燃烧所对应的火焰稳定传播当量比极限和可燃极限。结果表明:堆积床颗粒直径越小,火焰传播速度越慢,火焰区宽度拓展越不明显,燃烧温度越高;颗粒直径越大,火焰稳定传播的当量比极限越低;对于不同的球堆积床填充方式,多孔介质孔隙率的大小是决定火焰厚度发展趋势的主导因素。以本文实验模型为参考,借助离散元软件EDEM 2018得到随机球堆积床三维模型,使用Gambit软件对几何模型进行处理,构建多孔介质燃烧室几何模型。利用仿真软件Fluent 17.0对空气-丙烷混合气在多孔介质内预混过滤燃烧过程进行了三维数值模拟。模拟结果与本文实验数据验证对比后,发现本文的数值模型能够相对准确地预测多孔介质燃烧室内的温度变化规律与火焰传播特性。数值模拟结果表明:随着燃烧反应的进行,火焰区厚度逐渐拓展,火焰区前锋外观呈不规则褶皱状;燃烧波传播速度约为0.133mm/s。
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