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低浓度酒精燃气发生器燃烧性能试验与仿真研究

周伟勇  
【摘要】: 本文通过理论分析、试验和数值仿真研究了不同浓度酒精的蒸发燃烧特性、低浓度酒精/过氧化氢燃气发生器的燃烧性能,以及低浓度酒精/过氧化氢燃气发生器熄火问题。研究结果对低浓度酒精/过氧化氢燃气发生器的设计和性能改进有重要意义。 首先,通过气氧/酒精燃气发生器开窗燃烧室试验拍摄了不同浓度酒精(50%、65%、85%)的火焰图像,研究了低浓度酒精的多组分特性对蒸发燃烧过程的影响;并利用数值仿真获得了模拟火焰图像,验证了仿真模型的准确性。研究结果表明:高速氧气对火焰的束缚作用明显,余氧系数越大,火焰锥角越小;酒精浓度越高,液滴在燃烧室蒸发越快,火焰亮度越高;余氧系数一定,酒精浓度越高,燃烧效果越好。 其次,结合工程实践需要,利用试验和数值仿真手段,研究了影响低浓度酒精/过氧化氢燃气发生器燃烧性能的若干主要因素:余氧系数、流量密度、燃烧室停留时间等。研究结果表明:该燃气发生器能够在大范围的温度、余氧系数和流量下实现高效稳定燃烧;燃烧室停留时间对于燃气发生器能否正常工作起着关键作用。 最后,研究了低浓度酒精/过氧化氢燃气发生器熄火问题,通过试验和数值仿真分析了过氧化氢分解后气体的喷注压降对燃气发生器非正常熄火的影响。研究结果表明:水的加入使得化学反应速率和火焰传播速率大幅下降,导致火焰不容易稳定;过氧化氢分解后气体的喷注压降对该燃气发生器着火后能否正常工作起着至关重要的作用;过氧化氢燃气分解后燃气的喷注压降为1.0MPa时,过氧化氢分解后燃气速度过大,火焰将无法在燃烧室内稳定,造成燃气发生器非正常熄火;降低喷注压降到0.2MPa后,分解后气体速度降低,燃气发生器正常工作。


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