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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

马世虎  
【摘要】:多孔介质内的往复流动超绝热燃烧技术可以拓宽燃料可燃极限,实现超低热值预混合气的稳定燃烧,并可显著降低尾气中NO_x和CO的排放,因而是一项很有发展潜力的先进燃烧技术。本文对这项技术进行了数值研究。 本文认为多孔介质和气体之间处于局部热平衡状态,化学反应在一步内完成,气体为透明介质,多孔介质为吸收发射性的灰介质;在此基础上,文章分别进行了一维和二维数值计算,并系统地研究了各种参数对燃烧的影响。在一维和二维模型中,分别使用了Rosseland模型和离散坐标法来计算辐射传输。一维计算中,模拟了燃烧器中各物理量在一个半周期内的变化,以及半周期、当量比、流速、热损失、多孔介质的衰减系数、比热和孔隙率,以及燃烧器长度对燃烧的影响。计算的结果基本与实验的趋势相符;燃烧器内的温度分布基本呈梯形状;半周期对燃烧器的最高温度没有明显的影响,但是半周期越大,燃烧器的出口温度也越大;大的当量比或是流速条件下,最高温度和出口温度都明显升高,高温区域变宽;热损失对最高温度的影响不大,但是高温区域的宽度会随着热损失的加大不断减小;衰减系数增大,最高温度将升高,高温区域也会变宽;较大的比热容条件下,高温区域将变宽,同时出口温度下降;较小的孔隙率下高温区域将变宽,但最高温度基本不变;燃烧器长度的改变对燃烧的影响不大。利用二维模型,得到了与一维模型相类似的温度场和温度变化趋势;探讨了多孔介质中空气段,绝热层厚度以及燃烧器半径对燃烧的影响。当燃烧在多孔介质中发生时,空气段对燃烧器的影响很小;但是,当空气段中发生燃烧时,将会在此处产生较高的温度;燃烧器半径对燃烧的影响很小。本文的模拟计算结果表明,对于细长的隔热较好的燃烧器,一维模型可以给出较满意的预测结果;但是为了精确模拟气体与多孔介质间的换热有必要采用双温度模型。


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