调谐被动控制脉动燃烧特性实验及数值模拟研究

发布时间：2017-10-24 13:24

  本文关键词：调谐被动控制脉动燃烧特性实验及数值模拟研究

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【摘要】：能源高效率的利用能够促进社会的发展,如今,人类使用的能源主要是化石燃料(煤,石油,天然气)。但是化石燃料是一种不可再生的能源,因此如何高效利用化石燃料同时减少污染物的排放是当今的重大课题。脉动燃烧是一定的声学条件下周期性燃烧过程,其燃烧特性具有特殊的不稳定性,脉动燃烧区域内的特征参数是时间的周期函数。因为燃烧器内震荡的影响,使得燃烧效率和传热系数大幅提高、燃烧强度增强、污染物排放量减小,并且机构简单。本文主要是针对燃烧器热声不稳定现象的控制技术进行研究,研究脉动燃烧的运行特性与空气过量系数、功率、以及燃气与空气的配比的关系,实现对脉动燃烧运行特性进行控制。其研究结果如下:(1)对Helmholtz型脉动燃烧器改装,增加了可调谐的预混室,将单股进气变成多股进气。结果表明,实验中通过调节配风关系,空气过量系数及热功率,的确可以实现对Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器的运行参数进行调节。(2)可以通过改变空气过量系数、燃烧热功率以及前后燃气量配比关系来改变脉动燃烧器的运行频率。脉动燃烧器运行频率随着空气过量系数的增大呈现先增大后减小的趋势;当前后燃气进气量比值逐渐增加,燃烧器的运行频率逐渐减小;在保持空气过量系数为1.4时,增加燃烧器的燃烧热功率,可以使燃烧器的运行频率逐渐增加。(3)可以通过改变空气过量系数、燃烧热功率以及前后燃气量配比来改变脉动燃烧器中的压力幅值。燃烧室中的压力幅值随着空气过量系数以及燃烧热功率的增加而增加;随前后燃气进气量比值的增大,出现先增大后减小再增大的趋势。(4)在尾管中,压力振幅随距离尾管入口距离的增长而下降。(5)调节燃烧热功率或者空气过量系数均可改变NOx的排放量,且NOx的排放量随两者的变化趋势相同,随二者的增加而增加。(6)在一个周期内整体上,氧气浓度的变化对NO生成量起抑制作用,氮气浓度对其起促进作用,而温度变化对其影响较为均衡。同一个周期内,由于三个影响因素的振动相位不同,导致在不同时刻对NO生成量的影响也不同。
【关键词】：脉动燃烧 运行特性 调节方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 脉动燃烧技术发展史10-11
• 1.3 脉动燃烧器工作过程11-12
• 1.4 国内外研究现状12-16
• 1.4.1 脉动燃烧模拟研究13-14
• 1.4.2 脉动燃烧实验研究14-15
• 1.4.3 脉动燃烧的应用研究15-16
• 1.4.4 存在的问题16
• 1.5 主要研究内容16-17
• 第2章调谐被动控制脉动燃烧特性实验系统设计17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 调谐被动控制脉动燃烧器结构17-19
• 2.3 实验装置测试系统19-24
• 2.4 实验操作步骤24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章调谐被动控制脉动燃烧特性实验研究25-45
• 3.1 引言25
• 3.2 频率特性分析25-34
• 3.2.1 频率分析方法--快速傅里叶变换(FFT)的原理及公式26-30
• 3.2.2 脉动燃烧器的频率特性30-34
• 3.3 压力振幅特性分析34-40
• 3.3.1 脉动燃烧器的压力振幅特性34-37
• 3.3.2 脉动燃烧器尾管压力分布特性37-40
• 3.4 脉动燃烧器NOX排放特性40-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章脉动燃烧器污染物排放特性45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 物理模型及网格划分45-46
• 4.3 数学模型46-49
• 4.3.1 基本方程46-47
• 4.3.2 湍流模型与燃烧模型47-48
• 4.3.3 NO形成的模拟48-49
• 4.4 模拟过程49-50
• 4.5 模拟结果50-61
• 4.5.1 模拟结果的验证50-54
• 4.5.2 NO产生机理探究54-61
• 4.6 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 曹卫宁;;脉冲燃烧技术在大方坯加热炉上的应用[J];工业炉;2009年01期

2 周伟国,姜正侯;脉冲燃烧器尾管传热系数研究[J];煤气与热力;1992年01期

3 秦朝葵,隋元春,张同,姜正候;脉冲燃烧的数学模型[J];煤气与热力;1993年04期

4 崔峰;杨德勇;宫英振;刘相东;;80kW脉动燃烧器及其测试系统的设计[J];农机化研究;2010年03期

5 宁銮凤;万道春;刘文松;齐咏梅;;脉冲燃烧控制技术在热处理炉上的应用[J];山东冶金;2008年04期

6 宁銮凤;万道春;;脉冲燃烧控制技术在热处理炉上的应用[J];中国科技信息;2008年12期

7 李保国,洪新华;Hel mholtz型脉动燃烧器的研制[J];郑州工程学院学报;2001年02期

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本文编号：1088949