多孔介质中汽油燃烧的数值模拟

发布时间：2020-05-15 19:27

【摘要】：多孔介质燃烧是燃烧领域中一种新型的燃烧方式,在气体燃料燃烧应用中有诸多优点,并推广应用到液体燃料的燃烧中。但有关液体燃料在多孔介质中的蒸发燃烧特性研究尚不明确,本文依据新型多孔介质液体燃料燃烧装置,建立液体在多孔介质中的蒸发燃烧数学模型,基于fluent计算平台,对汽油在多孔介质燃烧器中的蒸发过程、燃烧温度分布以及燃烧污染物分布等特性进行了数值模拟。具体工作如下:建立液体在多孔介质中的蒸发燃烧数学模型。以95#汽油为燃料,引入汽油详细反应热力学数据,以气体作为连续相,求解欧拉坐标下的控制方程,采用标准k-ε湍流模型处理燃烧过程中的气相湍流过程,运用平均混合分数/PDF的非预混燃烧模型处理汽油的扩散燃烧过程。以汽油液滴为离散相,通过求解拉氏坐标下的液滴作用力平衡方程和运动方程来追踪液滴运动轨迹和速度,并通过液滴相的传热传质方程描述液滴的蒸发燃烧过程(单温度方程模型);在此基础上,为进一步分析气固温差对汽油液滴蒸发过程的影响,采用自定义标量(UDS)建立固相能量方程,自定义函数(UDF)修正气相能量方程,建立双温度能量方程模型进行求解。应用实验结果对模拟结果进行了校核。汽油在多孔介质中的蒸发燃烧特性研究。首先对单温度方程模型模拟汽油在多孔介质中的蒸发过程,燃烧温度分布以及污染物分布等特性进行研究。针对空燃比、雾化汽油液滴直径以及喷雾锥角对蒸发燃烧特性的影响进行了分析。结果表明,雾化液滴直径和喷雾锥角对蒸发区域和蒸发速率均有较明显影响。空燃比和雾化液滴直径对燃烧温度分布影响较明显,其中最高温度随空燃比增大而逐渐减小。污染物CO在出口处浓度随空燃比增大而逐渐减小,各变量对CO2出口处浓度影响较小。汽油在多孔介质中燃烧火焰与气固温度分布特性研究。考虑气固相传热,通过建立双温度模型,分析气固温度分布特性;对比分析了单、双温度方程模型模拟结果,考察气固传热对蒸发、燃烧温度和污染物分布的影响。多孔介质固相温度呈现明显的二维分布特性;沿轴向方向,在火焰面上游,固相温度逐渐高于气相,固相向气相传热,在火焰面下游及热量回收区,气相温度高于固相,气相向固相传热。壁面附近固相温度整体高于气相,壁面冷却作用对固相温度影响较小;火焰面下游位置,气固两相温度存在小幅降低过程,下降趋势沿径向逐渐减弱,在壁面附近温度不再下降。气固相之间的热量传递对蒸发特性和温度分布具有一定的影响,对于污染物影响较小。
【图文】：

7图 2.1 多孔介质燃烧器实验装置示意图汽油供应系统为储油罐、计量泵、压力表和喷嘴组成，实验使用 95 号汽油，通汽油的质量流量，并使汽油以连续的均质燃料流从喷嘴喷入燃烧器；供气系统气罐、减压阀以及甲烷气瓶部分组成，并通过质量流量控制器控制实验的空燃一次风将雾化后的汽油吹入燃烧器，，并为燃烧提供氧化剂，二次风为燃烧再次烷气瓶为点火提供燃料，并对烟气分析仪等系统进行预热；多孔介质燃烧系统介质的喷射区和有多孔介质的蒸发区、燃烧区以及热量回收区（蓄热区）组成统主要包括热电偶和数据采集仪部分，热电偶主要为 K、S 型。多孔介质燃烧物如图 2.2；烟气分析系统主要为 HORIBAPG-350 便携式烟气分析仪。

嗫捉橹实呐缟淝鈏苯优缛攵嗫捉橹式鈉姓舴⑷忌铡Ｍ?2.3 多孔介质二维物理模型图2.2 数学模型假设燃料液滴直接喷入多孔介质进行蒸发燃烧，液滴喷射轨迹如图 2.4，燃料液滴为连续的均质燃料流。燃料液滴为单分散的；忽略液滴在蒸发过程中的相互作用。基于以上多孔介质燃烧器的物理模型做出如下假设：（1）多孔介质区域处理为惰性，其热物性参数不随温度变化，且多孔介质对燃烧反应无催化效应；（2）气体为光学透明。（3）多孔介质区域为各向同性连续性介质。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK16

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘洋;黄涛;;基于生物多孔介质的对流干燥数值模拟[J];湖北工业大学学报;2018年04期

2 郭平;熊枫;;多孔介质中动态合成天然气水合物的新方法[J];科学技术与工程;2017年10期

3 杨伟;曹明;郭东升;赵柄翔;张美琳;付超;;底部加热的复合多孔介质热-流耦合场非线性特性[J];水动力学研究与进展A辑;2016年01期

4 秦朝葵;郑璐;;多孔介质燃烧技术现状[J];城市燃气;2015年07期

5 方志林;韩辉;万新军;;多孔介质反应器的数值模拟[J];井冈山大学学报(自然科学版);2014年01期

6 饶文涛;;多孔介质燃烧技术现状及发展[J];世界钢铁;2011年01期

7 皮上超;李海峰;霍振宏;;一类非线性多孔介质方程局部解的唯一性[J];华北水利水电学院学报;2011年02期

8 姬利娜;张颖;;多孔介质方程的广义条件对称和精确解[J];纯粹数学与应用数学;2011年03期

9 陈建梅;宋正昶;张晓磊;林琳;王莹;;多孔介质特性参数对催化燃烧的模拟分析[J];煤矿安全;2011年07期

10 饶文涛;郭水华;李本文;;多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究[J];工业加热;2011年03期

相关会议论文 前10条

1 赵阳升;梁卫国;冯增朝;杨栋;;多孔介质多场耦合力学的理论架构与演变多孔介质问题[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

2 徐良旺;;基于位图的多孔介质参数计算方法[A];第十四届全国反应堆热工流体学术会议暨中核核反应堆热工水力技术重点实验室2015年度学术年会论文集[C];2015年

3 胥蕊娜;姜培学;赵陈儒;黄寓理;;流体在微多孔介质中的流动研究[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（下）[C];2007年

4 韦昌富;;多孔介质力学理论及其应用[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会特邀报告[C];2007年

5 黄拳章;郑小平;姚振汉;;用边界元法模拟含液多孔介质的等效力学行为[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年

6 饶文涛;李本文;;多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究[A];2010全国能源与热工学术年会论文集[C];2010年

7 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

8 赵传峰;李松琦;王冰飞;马君君;;微尺度多孔介质盲端涡旋动态的CFD模拟[A];第二十九届全国水动力学研讨会论文集（下册）[C];2018年

9 张景楠;华帅;王涛;叶峰;蒋帆;狄勤丰;;注入流体在多孔介质中的形态分布及影响因素实验研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年

10 徐鹏;邱淑霞;郁伯铭;;非饱和均质多孔介质中的气液两相渗流特性研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

相关重要报纸文章 前3条

1 饶文涛;新一代燃烧技术——多孔介质燃烧[N];中国冶金报;2009年

2 中国农业大学工学院 刘相东;多孔介质干燥理论与应用并行[N];中国化工报;2007年

3 饶文涛;多孔介质燃烧新技术及应用[N];世界金属导报;2009年

相关博士学位论文 前10条

1 韦伟;多孔介质微观输运特性研究[D];中国地质大学;2018年

2 白杨;化学与生物诱导作用下碳酸钙矿化过程及其影响机制研究[D];西南交通大学;2018年

3 郭志光;多孔介质中的水—热作用效应及污染物迁移特征研究[D];北京交通大学;2018年

4 刘奇;多孔介质相似材料的热湿场分布特征研究[D];西安科技大学;2018年

5 万克记;基于多孔介质热质传递的褐煤干燥动力学数值模拟[D];中国矿业大学;2018年

6 吕颖;包气带中多孔介质空气—水界面面积测定及PFOA运移特征研究[D];吉林大学;2018年

7 邓洋波;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[D];大连理工大学;2004年

8 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

9 王恩宇;气体燃料在渐变型多孔介质中的预混燃烧机理研究[D];浙江大学;2004年

10 黄晓明;多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究[D];华中科技大学;2004年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈燕;基于有限元法的多孔介质电特性及输运特性仿真分析[D];长安大学;2018年

2 江润东;多孔介质热—电—力—扩散耦合理论及应用[D];哈尔滨工程大学;2018年

3 沈敏;多孔介质智能灶燃烧特性研究[D];杭州电子科技大学;2018年

4 赵红菲;曝气修复技术的多孔介质扰动效应研究[D];东北师范大学;2018年

5 刁严;液体推进剂在多孔介质材料中的流动与传热特性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 邵宇铭;多孔介质中汽油燃烧的数值模拟[D];杭州电子科技大学;2018年

7 李明;基于方向随机行走方法的多孔介质渗流研究[D];扬州大学;2018年

8 叶靖;自由堆积小球多孔介质中甲烷预混燃烧温度分布实验研究[D];福建工程学院;2018年

9 叶东生;流体饱和热弹性多孔介质动力学分析的理论建模及数值模拟[D];上海师范大学;2018年

10 赵彤彤;多孔介质含天然气水合物多相流动LBM模拟[D];太原理工大学;2018年

本文编号：2665525