可控涡两侧开缝钝体微燃烧器内氢气/空气预混燃烧特性的数值研究

发布时间：2022-11-08 21:32

　　具有能量密度高、体积小、易携带等优点的微燃烧器在航空、便携电子通信设备等军事、工业和日常生活等领域内应用广泛,同时,热值高、储量丰富的氢气作为燃料应用于微燃烧器,非常有利于微型化能源动力系统的应用和开发,因此,宽稳燃范围的微燃烧器近来引起人们的注意。但是尺度微小化后导致燃烧器表面积/体积增大、燃料在燃烧器内驻留时间减小、散热损失增大等缺陷,导致火焰的稳定性变差、出现熄火以及分裂等不稳定燃烧现象。针对目前微燃烧器内存在的燃烧不稳定等问题,本文设计了可控涡两侧开缝钝体微燃烧器,通过采用氢气/氧气反应机理的数值模拟,比较分析传统钝体与可控涡两侧开缝钝体微燃烧器在不同进气速度、当量比和进气温度下的燃烧特性,并针对可控涡两侧开缝钝体微燃烧器进行结构优化,研究可控流量配比γ、可控缝隙d、可控涡两侧开缝钝体角度θ、可控气流方向角度β的参数改变对燃烧器内燃烧效率、吹熄极限、温度和流速分布等燃烧特性的影响。利用钝体两侧的高速可控气流与钝体后形成更大的速度差,进一步扩大燃烧器内回流区、强化燃烧器内流动和传热、延长燃料的驻留时间,有效地提高燃烧器的燃料利用率、扩大吹熄极限。随进气速度增大,可控涡两侧开缝钝体... 

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
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主要符号表
1 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外微燃烧的研究现状
        1.2.1 微燃烧存在的问题
        1.2.2 微燃烧的稳燃技术
        1.2.3 微燃烧稳燃技术研究存在的问题
    1.3 本文研究目的
    1.4 本文主要研究内容
2 物理、数学模型及计算方法
    2.1 模型的建立
        2.1.1 物理模型
        2.1.2 数学模型
    2.2 反应机理及计算方法
        2.2.1 氢气/氧气反应机理
        2.2.2 计算方法
    2.3 数值计算验证
        2.3.1 网格无关性验证
        2.3.2 数值方法可行性分析
    2.4 本章小结
3 传统钝体与可控涡两侧开缝钝体微燃烧器内燃烧特性对比研究
    3.1 进气速度的影响
        3.1.1 燃烧效率和燃烧器出口温度
        3.1.2 温度分布和氢气分布
        3.1.3 速度分布
    3.2 当量比的影响
        3.2.1 吹熄极限和燃烧效率
        3.2.2 温度分布
        3.2.3 局部当量比分布
    3.3 进气温度的影响
        3.3.1 燃烧效率
        3.3.2 温度分布
    3.4 本章小结
4 可控涡两侧开缝钝体参数对燃烧特性的影响
    4.1 可控流量配比γ的影响
        4.1.1 燃烧效率和吹熄极限
        4.1.2 温度分布
        4.1.3 流速分布
    4.2 可控缝隙d的影响
        4.2.1 燃烧效率和吹熄极限
        4.2.2 温度分布
        4.2.3 流速分布
        4.2.4 不同可控流量配比下可控缝隙的影响
    4.3 可控涡两侧开缝钝体角度θ的影响
        4.3.1 燃烧效率和吹熄极限
        4.3.2 温度分布
        4.3.3 流速分布
        4.3.4 可控缝隙的出口流速
        4.3.5 不同可控流量配比下可控涡两侧开缝钝体角度的影响
    4.4 可控气流方向角度β的影响
        4.4.1 燃烧效率和吹熄极限
        4.4.2 温度分布
        4.4.3 流速分布
        4.4.4 可控缝隙的出口流速
        4.4.5 不同可控流量配比下可控气流方向角度的影响
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 本文主要结论
    5.2 后续研究展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读硕士学位期间撰写及发表的论文目录
    B.作者在攻读学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]开缝钝体对微型燃烧器燃烧性能改善的研究[J]. 孙全意,郭雪岩.  能源工程. 2016(05)
[2]阻塞比对微型钝体燃烧器吹熄极限的影响[J]. 万建龙,刘毅,范爱武,皮博明.  华中科技大学学报(自然科学版). 2014(03)
[3]燃料反应器中甲烷化学链燃烧的数值模拟[J]. 姜健,李峰.  节能技术. 2013(04)
[4]微尺度催化燃烧过程中传质准则数分析[J]. 周俊,潘剑锋,卢青波,唐爱坤,邵霞.  小型内燃机与摩托车. 2012(06)
[5]化学链重整制氢系统的过程模拟[J]. 赵海波,陈猛,熊杰,梅道锋,郑楚光.  中国电机工程学报. 2012(11)
[6]CuO/Al2O3作为载氧剂的流化床化学链燃烧数值模拟[J]. 李俊,郭雪岩.  上海理工大学学报. 2012(01)
[7]多孔介质催化燃烧特性的数值分析[J]. 邢丹,刘明侯,徐侃.  中国科学技术大学学报. 2012(01)
[8]壁面条件对熄火特性影响的实验研究[J]. 冯耀勋,杨浩林,汪小憨,蒋利桥,赵黛青,吴云影.  工程热物理学报. 2011(06)
[9]多孔介质钝体火焰稳定特性实验研究[J]. 许胜,刘明侯,徐侃,陆游.  中国科学技术大学学报. 2011(05)
[10]微环形多孔介质燃烧器的数值研究[J]. 许欣.  中国新技术新产品. 2010(20)

博士论文
[1]气体燃料在渐变型多孔介质中的预混燃烧机理研究[D]. 王恩宇.浙江大学 2004

硕士论文
[1]微燃烧器内不同碳氢燃料及掺混燃料燃烧特性的研究[D]. 许艺鸣.江苏大学 2016
[2]基于钝体稳焰—回流区分级着火燃烧技术的锅炉改造工程应用[D]. 钟挺.华东理工大学 2015
[3]超低热值燃气多孔介质燃烧器的开发研究[D]. 方元.河北工业大学 2014
[4]微型钝体燃烧器中氢气/空气预混燃烧的模拟与实验[D]. 张若昀.华中科技大学 2012
[5]基于钝体的微尺度稳燃方法的数值模拟[D]. 刘思远.华中科技大学 2011
[6]基于化学链的能量转换系统的Aspen仿真[D]. 陈猛.华中科技大学 2009
[7]微管内燃烧特性分析与数值模拟研究[D]. 李玉兰.江苏大学 2008



本文编号：3704594