預(yù)混氣體在堆積床內(nèi)燃燒的數(shù)值研究.pdf

1、燃料的燃燒是人類獲取能源的主要途徑，減少燃燒過(guò)程中的污染物排放和提高燃料利用率是當(dāng)前燃燒領(lǐng)域兩大熱點(diǎn)課題，為此人們提出了各種不同的新型燃燒技術(shù)。近十幾年來(lái)，多孔介質(zhì)燃燒以其燃燒器體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、火焰穩(wěn)定性高、可燃極限低和污染物排放低等突出優(yōu)越性得到了廣泛的關(guān)注。本文對(duì)多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)的燃燒、流動(dòng)以及傳熱特性進(jìn)行數(shù)值研究，旨在為多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的高效利用提供理論指導(dǎo)。
　　本文以CFD商業(yè)軟件Fluent13.0為平臺(tái)

2、，以填充小球顆粒的圓柱軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)燃燒器為研究對(duì)象，通過(guò)建立多孔介質(zhì)固體區(qū)，采用二維雙溫度模型模擬了甲烷/空氣預(yù)混氣體在堆積床內(nèi)預(yù)混合燃燒的燃燒過(guò)程，并與實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了模型的有效性。采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型及DO輻射模型對(duì)湍流流動(dòng)及輻射傳熱進(jìn)行處理，引入簡(jiǎn)化的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，采用渦耗散概念有限速率化學(xué)反應(yīng)模型，使用耦合計(jì)算方法計(jì)算固相與氣相間的傳熱，對(duì)燃燒器軸線上的溫度、壓力分布規(guī)律及排放特性等進(jìn)行了參數(shù)化研究，并通過(guò)單個(gè)小球從受熱

3、到冷卻全程的溫度分布云圖，研究了小球的傳熱與蓄熱特性，得到以下結(jié)論:
　　在一定條件下燃燒波能夠在堆積床內(nèi)穩(wěn)定傳播;火焰面隨著燃燒的進(jìn)行不斷變寬，而燃燒區(qū)的最高溫度幾乎不隨時(shí)間變化;多孔介質(zhì)的氣固溫度場(chǎng)都呈現(xiàn)明顯的二維拋物線特性，壁面溫度值比中心值低，與氣體溫度相比固體溫度變化相對(duì)平緩;由于受到微小孔隙流道的影響，燃燒器軸線方向有較大的壓力損失，且壓力分布受小球直徑影響較大;單個(gè)小球內(nèi)部溫度場(chǎng)分布與整個(gè)火焰面的拋物線型具有一致性，

4、溫度相對(duì)氣體溫度有一定的延遲顯示了其良好的蓄熱特性。
　　相對(duì)于傳統(tǒng)的宏觀模型，本文以含有小球固體區(qū)的微觀燃燒器模型進(jìn)行了直接數(shù)值模擬，能夠更合理的預(yù)測(cè)燃燒器的最高溫度、火焰面寬度以及溫度分布。在此模型基礎(chǔ)上，討論了當(dāng)量比、入口速度、小球直徑以及小球排列方式對(duì)多孔介質(zhì)預(yù)混合燃燒特性的影響，結(jié)果表明:
　　與小球順序排列結(jié)構(gòu)相比，叉排多孔介質(zhì)燃燒器的燃燒區(qū)最高溫度更高，且最高溫度受小球直徑影響很小;隨當(dāng)量比增加，燃燒波的傳播速