液体燃料在毛细管出口处燃烧特性的研究

发布时间：2017-12-17 08:35

  本文关键词：液体燃料在毛细管出口处燃烧特性的研究

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【摘要】：随着各种移动小型化设备的广泛使用,对体积小、能量密度高以及质量轻的供电设备的需求日益广泛,新型的液体碳氢燃料能量密度较大,对其微尺度燃烧发电系统的基础研究很有必要。为了解液体燃料的微尺度扩散燃烧特性,本文以正庚烷为燃料,对其在毛细管出口的燃烧特性进行了实验和理论研究。在实验中,选用外径为0.5mm、内径为0.3mm的石英管和不锈钢管为研究对象,研究了不同燃料流量、燃料种类(正庚烷、酒精、煤油和异辛烷)、毛细管的放置方式(水平和竖直放置)和毛细管材料(石英玻璃和不锈钢)对扩散火焰特性的影响。实验结果表明:毛细管水平放置时,当庚烷流量为Qf=5μl/min时,火焰的长度很短,长径比L/D是2,宽径比W/D是4;当庚烷流量为Qf=70μl/min时,其长径比达到了10.3。因此,当流量不断增大时,更多燃料汽化,在末端燃烧,火焰特征数(长度和宽度)均在变大;且火焰颜色由低流量时的淡蓝色变化到高流量的亮黄色;气液分界面不断地靠近毛细管的出口;同一流量下离毛细管出口处越近处的管壁温度越高,在毛细管出口处管壁温度达到最大,最高可达1098K;而燃料的汽化带走更多的热量,因而传递给管壁的热量减少,导致管壁温度降低。实验还发现,不同燃料和不同材质的毛细管对实验的结果影响较大。在相同的外界条件下,燃烧热值大的燃料,其火焰要更亮,毛细管的管壁温度更高。燃烧热值大的燃料,燃烧时释放的热量要多,从而管壁的温度就相对高;石英毛细管的管壁温度要比不锈钢的管壁温度要高出不少。这是由于不锈钢的导热率是15W/(m·K),是石英玻璃管导热率的12.3倍。导热率越大,其散发给外界环境的热量就越多,导致管壁温度低。此外,研究表明:在低流量下,毛细管的放置方式对燃料的燃烧特性影响不大;当流量Qf=70μl/min时,竖直放置时的火焰的长径比比水平放置时增大了,达到了43.5,而最大的管壁温度只有386K,减少了近250K。最后,采用二维自适应网格、单步化学反应模型,分析了不同流量下庚烷的燃烧特性。数值结果表明:扩散火焰的特征数的变化规律与实验所观测的比较一致,均是随着燃料流量的增大,不断地变大。这也证明了所建立的物理模型的可靠性。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16

【参考文献】

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本文编号：1299481