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《大连理工大学》 2004年
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多孔介质内往复流动下超绝热燃烧的实验和数值模拟研究

邓洋波  
【摘要】:预混合气体在多孔介质内往复流动下的超绝热燃烧(RSCP)是一项先进的燃烧技术,它以其高效、低污染的优越性正在引起人们的关注。本文对RSCP系统的燃烧及排放特性进行了实验研究、数值模拟和理论分析,主要开展了如下几方面的工作: 1.自行设计建成了RSCP实验台,它由泡沫陶瓷燃烧器、电磁阀控制的周期换向的进排气管路系统和测量系统组成。用热电偶直接测温法和非红外热像仪测量温度,用气体分析仪测量燃气成分。在各种工况参数下,对多孔介质内轴向温度分布以及NO、CO和CO_2气体等污染物排放的浓度进行了系统测量。在实验基础上对RSCP系统燃烧过程轴向温度分布特点、扩延可燃极限、降低污染排放机理及各物理参数对燃烧特性和污染物排放的影响进行了分析,总结出了各工况参数对其燃烧特性及污染物排放影响的规律。 2.分别建成了RSCP系统一维气、固两相局部热非平衡双温度和热平衡单温度数学模型,对各种工况下燃烧室内轴向温度分布进行了数值模拟。数值计算结果同实验结果相比较,显示了同样的趋势与规律,但温度水平有一定偏差,对产生偏差的原因作了分析。 3.依据RSCP系统温度分布为近似梯形的特点,利用往复半周期分别为无限长和无限短两种极限情况下过滤燃烧模型简化理论解的适当组合,得出了适用于普通工况下(半周期为有限值)的RSCP系统温度分布的近似解。 实验研究、数值模拟和理论分析得出以下结论: 1.RSCP系统稳定燃烧过程中,燃烧室内轴向温度分布接近于梯形;随着气流的周期换向,燃烧室内上半周期的火焰熄灭而在不同位置重新着火,随后,火焰锋面从着火位置向下游缓慢移动,整个燃烧呈周期往复式演变;不同物理参数条件下,燃烧室内温度分布在半周期内的变化具有不同的特点;一定条件下,燃烧室内有可能产生二维胞室热点结构。 2.RSCP系统稳定燃烧过程中,燃烧室内最大温度、轴向温度分布和NO、CO和CO_2气体污染物排放浓度等受混合气体物理参数(燃料和空气气体流速、当量比和往复半周期)的影响。随着气体的流速增大,最高温度明显升高,高温区加宽,出口温度升高,燃烧效率降低,而CO排放含量增大,NO排放含量增大;随着当量比的增大,最高温度增大,高温区域增宽,燃烧效率提高,而CO排放含量减小,NO含量增大;通常情况下,随着往复半周期变小,最高温度略有增高,高温区域变宽,燃烧效率提高,而CO排放量减小,NO排放量也减小。计算和实验之间存在偏差主要原因是多孔介质数值模型中物性参数同实验件不同;模型本身也不够完善。 3.RSCP系统具有自组织的回收燃烧热用于预热新鲜混合气的功能,从而可显著扩延 混合气体的可燃极限,稀薄乃至极稀薄气体在其中可以自维持燃烧;同时,由于燃烧 室内形成无局部高温的宽而均匀反应区域,使得N0排放量最小化,C0排放量也被控 制在较低范围内。本文实验条件下,对于丙烷一丁烷混合气,其贫燃极限可扩展到当 量比0.065,CO排放量控制在400一1000ppm,NO排放量低于19ppm,多数情况低于 IOppm;对于甲烷和空气混合气体,C0排放量控制在ZO0pPm以下,N0排放量低于 10PPm。 4.多孔介质内最大温度值和轴向温度分布还受多孔介质本身物性参数和结构(体积 对流换热系数、热损失、衰减系数、比热容、孔径和孔隙率等)的影响。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TK16

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 李刚;杜晓力;;预混气体多孔介质中燃烧的研究进展与展望[J];大连大学学报;2006年06期
2 史俊瑞;解茂昭;;考虑弥散效应的多孔介质中超绝热燃烧的数值模拟[J];工程热物理学报;2006年03期
3 刘慧;李本文;陈文仲;;工业气体在多孔介质燃烧器中的燃烧研究[J];工业炉;2011年01期
4 萧琦;邓浩鑫;吕元;肖云汉;;煤矿通风瓦斯蓄热预热过程研究[J];采矿与安全工程学报;2012年02期
5 史俊瑞;解茂昭;;多孔介质内往复流动超绝热燃烧的简化解[J];热能动力工程;2006年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 孔德虹,邓煦帆,梁宁元;层流中粉尘的火焰传播速度[J];东北工学院学报;1987年01期
10 高泰荫,丛琦,赵永坚,栗自彬,信一兵;H_2-O_2混气系着火“半岛”现象的数值验证[J];东北大学学报;2000年05期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 田立柱;朱国庆;张国维;;基于性能化的大空间建筑钢结构防火设计[A];2011中国消防协会科学技术年会论文集[C];2011年
2 刘飞;刘少峰;;液态排渣立式旋风炉掺烧电炉煤气技术浅析[A];冶金循环经济发展论坛论文集[C];2008年
3 田溪岩;许学成;李本文;饶文涛;;采用多孔介质燃烧器的双室式加热炉内的热过程数值分析[A];2008全国能源与热工学术年会论文集[C];2008年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 张达;图像处理中基于多信息融合的目标定位方法的研究及应用[D];东北大学;2009年
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5 张东明;陶瓷材料脉冲电流烧结机理的研究[D];武汉理工大学;2002年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 夏伟;熔铸耐火材料冷却过程模拟[D];武汉科技大学;2011年
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8 宋雪飞;导管架式海洋平台在火灾作用下的结构响应分析[D];中国海洋大学;2011年
9 姚杰;淮南煤气化特性实验及模拟研究[D];安徽理工大学;2010年
10 吴岳伟;天然气发动机压缩比、点火时刻及配气相位优化研究[D];重庆交通大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴玉庭;朱建坤;张丽娜;马重芳;;高温熔盐的制备及实验研究[J];北京工业大学学报;2007年01期
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中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 周小苑 吴月辉;[N];人民日报海外版;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杜礼明;稀薄预混气体在多孔介质中超绝热燃烧的研究[D];大连理工大学;2003年
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9 林博颖;惰性多孔介质内的液雾燃烧[D];中国科学技术大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 马世虎;往复流动下预混合气体在多孔介质中超绝热燃烧的数值模拟[D];大连理工大学;2004年
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【二级引证文献】
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1 姜海;赵平辉;陈义良;刘明侯;;双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟[J];工程热物理学报;2009年05期
2 鲍远通;刘联胜;王华;;多孔泡沫陶瓷中的流动阻力研究[J];河北工业大学学报;2012年02期
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4 王关晴;程乐鸣;郑成航;骆仲泱;岑可法;;往复热循环多孔介质“超焓燃烧”特性[J];化工学报;2009年02期
5 贾宝山;王英花;宋维源;邓洋波;田宇;刘立仁;;矿井乏风逆流氧化反应的数值模拟[J];环境工程;2011年S1期
6 孙茜;;多孔介质燃烧的研究进展与应用[J];节能;2011年04期
7 王鹏飞;冯涛;郝小礼;;煤矿乏风瓦斯热逆流氧化的一维数值模拟[J];采矿与安全工程学报;2012年03期
8 周磊;解茂昭;史俊瑞;;回热式多孔介质发动机的排放特性分析[J];内燃机学报;2008年04期
9 潘剑锋;段炼;黄俊;薛宏;李德桃;;多孔介质对微热光电系统燃烧室性能的影响[J];燃烧科学与技术;2010年01期
10 饶文涛;;第三代燃烧新技术-多孔介质燃烧技术研发及应用[J];四川冶金;2010年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年
2 刘慧;多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值模拟研究[D];东北大学;2010年
3 林博颖;惰性多孔介质内的液雾燃烧[D];中国科学技术大学;2008年
4 姜海;多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值研究[D];中国科学技术大学;2008年
5 王关晴;往复式热循环多孔介质燃烧系统特性研究与数值模拟[D];浙江大学;2008年
6 刘宏升;基于多孔介质燃烧技术的超绝热发动机的基础研究[D];大连理工大学;2008年
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8 何贤钊;内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的点火启动和热能利用研究[D];中国科学技术大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李涛;低热值预混气在往复式多孔介质中燃烧实验研究[D];浙江大学;2010年
2 位纯知;多孔介质反应器中富燃料燃烧制氢的研究[D];华南理工大学;2011年
3 刘畅;多孔介质燃烧器的操作参数研究及数值模拟[D];辽宁科技大学;2012年
4 王丹;燃煤烟气活性炭法脱硫技术的数值模拟[D];辽宁科技大学;2008年
5 李永玲;甲烷在内置多孔介质卷式反应器内富燃制氢的数值研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 徐维广;自然堆积多孔介质燃烧及换热实验研究[D];山东建筑大学;2012年
7 高阳;多孔介质内层流与湍流气相燃烧的数值模拟[D];大连理工大学;2012年
8 张凯;多孔介质回热微小燃烧器燃烧特性研究[D];郑州大学;2012年
9 朱茜茜;泡沫陶瓷多孔介质燃烧温度特性和火焰面移动特性实验研究[D];浙江大学;2012年
10 许学成;预混气体多孔介质燃烧器实验研究[D];东北大学;2010年
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3 史俊瑞;解茂昭;;多孔介质内往复流动超绝热燃烧的简化解[J];热能动力工程;2006年04期
4 吕兆华,孙思诚;多孔介质中预混火焰燃烧速率的预示[J];燃烧科学与技术;1998年03期
5 解茂昭,杜礼明,孙文策;多孔介质中往复流动下超绝热燃烧技术的进展与前景[J];燃烧科学与技术;2002年06期
6 吕兆华,孙思诚,裴锦华;多孔泡沫陶瓷中预混火焰燃烧速率的试验研究[J];燃烧科学与技术;1995年02期
7 邓洋波,解茂昭,刘宏升,马世虎;多孔介质内往复流动下超绝热燃烧的实验研究[J];燃烧科学与技术;2004年01期
8 邓洋波,解茂昭;多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性[J];大连理工大学学报;2004年03期
9 杜礼明,解茂昭;多孔介质的热物性对往复流动下超绝热火焰的影响[J];热能动力工程;2005年02期
10 邓洋波;解茂昭;;多孔介质内往复流动下超绝热燃烧系统温度场的理论分析[J];能源工程;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张鹏;李英;董凤兰;;多孔介质中泡沫的产生和运移[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
2 郭尚平;于大森;吴万娣;;生物脏器的孔隙率[A];全国第一届生物力学学术会议论文汇编[C];1981年
3 张德会;李健康;;多孔介质渗透率在金属成矿学研究中的意义[A];固体地球系统复杂性与地质过程动力学学术讨论会论文摘要集[C];2004年
4 谭文长;;黏弹性流体在多孔介质内的自然对流[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
5 李丽;陶果;戴世坤;;弹性波对多孔介质电导率的瞬态影响[A];2000年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十六届年会论文集[C];2000年
6 陈瑜;蔡庆东;;基于树网格的格子玻尔兹曼方法及其在渗流等问题中的应用[A];第五届全国青年计算物理学术交流会论文摘要[C];2008年
7 刘雪梅;许友生;;格子Boltzman方法研究竖直多孔介质板内混合对流传热传质问题[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 郭尚平;于大森;吴万娣;;生物脏器多孔介质的孔径分布和比面[A];全国第一届生物力学学术会议论文汇编[C];1981年
9 陈益峰;周创兵;井兰如;;THM耦合条件下多孔介质的多相流传输过程[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
10 郁伯铭;;分形渗透率模型对于多孔介质的应用[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 饶文涛;新一代燃烧技术——多孔介质燃烧[N];中国冶金报;2009年
4 特约记者  王振江 马立玫 盛玉奎;华北采油五厂稠油油藏实现规模化开采[N];中国石油报;2006年
5 本报记者 任荃;“绿色”头脑左右创新行动[N];文汇报;2009年
6 尹万珠;森林与水的关系:缝隙现象和合力水运动(上)[N];科技日报;2002年
7 中南大学湘雅医院急诊科教授 罗学宏;吸毒长出动脉瘤[N];大众卫生报;2008年
8 尹万珠;森林与水的关系:改良沙化土壤[N];科技日报;2002年
9 王红;精馏技术国家工程中心优势凸显[N];中国化工报;2003年
10 齐欣;特色:立校之本[N];中国教育报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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8 杨满平;油气储层多孔介质的变形理论及应用研究[D];西南石油学院;2004年
9 凌忠钱;多孔介质内超绝热燃烧及硫化氢高温裂解制氢的试验研究和数值模拟[D];浙江大学;2008年
10 郭霄怡;分数阶微积分在量子力学和非牛顿流体力学研究中的某些应用[D];山东大学;2007年
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2 景贵成;低渗透油藏多孔介质特征及模拟[D];大庆石油学院;2002年
3 李昊;往复式多孔介质燃烧器的试验研究[D];浙江大学;2004年
4 刘雅宁;热气机回热器内流动和传热特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
5 王强;基于ANSYS的多孔介质中流动、传热与应力分析[D];武汉理工大学;2010年
6 刘冲;多孔介质流中Coriolis力对对流的影响[D];北京化工大学;2005年
7 兰万里;充满多孔介质的Rivlin-Ericksen流体中浓度扩散对对流的影响[D];北京化工大学;2007年
8 刘艳军;考虑毛细压差后多孔介质渗透率的分形分析[D];华中科技大学;2006年
9 宋波;多孔介质三维重建及流体动画模拟[D];中国科学技术大学;2011年
10 张斌;分形多孔介质中幂律型流体的渗透率研究[D];华中科技大学;2006年
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