甲烷微燃烧器预混燃烧过程场协同优化研究

发布时间：2017-07-07 06:02

  本文关键词：甲烷微燃烧器预混燃烧过程场协同优化研究

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【摘要】：随着世界经济的发展,能量短缺的问题日益彰显,寻求能源利用效率高的燃烧器成为科学家们努力的方向,有着多重优点的微尺度燃烧获得了全球各国科研工作者的广泛关注。微尺度燃烧是燃料在微小空间产生燃烧的反应。微尺度燃烧涉及到多个学科,其中包括传热学、燃烧学、化学反应动力学等。微尺度燃烧与常规空间尺度的燃烧相比,它的稳定性、燃烧效率、热量损失等燃烧特性有着明显的优势。本文运用数值模拟的方法对甲烷微燃烧器的工作状况及各方面性能进行了深入研究,分析了甲烷燃烧时,燃烧室内的场协同度,并且运用多学科优化设计理论对燃烧室以及燃烧器的角度进行了全面的优化设计,为微燃烧器的研究提供了参考依据。论文主要研究工作和创新点如下:(1)建立了甲烷阶梯型微燃烧器的燃烧数学模型,对不同入口速度,不同壁面材料以及不同燃烧器构造下微燃烧器的燃烧状态进行了模拟与分析,揭示了微燃烧器甲烷的燃烧特性与规律。(2)采用多场协同原理对微燃烧器进行了多场协同分析,揭示了速度矢量场与温度梯度场间的协同性最佳时,微燃烧器通道内的温度分布,获得了不同入口速度及不同过量空气系数对燃烧室与微燃烧器壁面温度的影响规律。(3)利用多学科设计优化理论,以微燃烧器的燃烧室内腔长度以及微燃烧器出入口的阶梯角度为目标函数建立了优化设计模型,并运用自适应混沌优化算法对多学科优化设计权值因子进行了最优解析。结果表明,优化后的微燃烧器的燃烧性能得到了改善。
【关键词】：微燃烧器 数值模拟 多场协同机理 多学科优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 微尺度燃烧器类型10-15
• 1.2.1 管道型微燃烧器10-12
• 1.2.2 环形微燃烧器12-13
• 1.2.3 通道内催化微燃烧器13-15
• 1.3 甲烷微尺度燃烧的研究现状15-17
• 1.3.1 燃烧机理及结构造型研究15
• 1.3.2 燃烧停留期研究15-16
• 1.3.3 散热损失研究16-17
• 1.4 论文主要内容与框架17-19
• 第2章 甲烷微燃烧器预混燃烧数值模拟研究19-34
• 2.1 甲烷微燃烧理论基础19-25
• 2.1.1 物质的热力学性质及反应模型19-21
• 2.1.2 微燃烧数学模型21-23
• 2.1.3 反应速率模型23-25
• 2.2 甲烷微燃烧器几何模型及有限元模型25-27
• 2.2.1 几何模型25
• 2.2.2 FLUENT有限元流体区域划分25-26
• 2.2.3 网格及边界条件26-27
• 2.3 甲烷微燃烧器燃烧结果及分析27-33
• 2.3.1 微燃烧器结构的影响27-29
• 2.3.2 壁面材料的影响29-30
• 2.3.3 入口速度的影响30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 甲烷微燃烧传热多场协同数值模拟研究34-44
• 3.1 对流传热物理机制34-36
• 3.2 对流传热多场协同理论36-37
• 3.2.1 场协同理论36-37
• 3.2.2 场协同数37
• 3.3 甲烷微燃烧燃烧室场协同分析37-38
• 3.3.1 燃烧室网格模型37-38
• 3.3.2 边界条件与初始条件38
• 3.4 多场协同影响分析38-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 甲烷微燃烧器燃烧传热多学科优化44-52
• 4.1 多学科优化44-45
• 4.2 甲烷微燃烧器多学科优化45-47
• 4.2.1 甲烷微燃烧器多学科优化数学模型45
• 4.2.2 甲烷微燃烧器多目标函数的建立和求解45-47
• 4.3 自适应混沌优化算法47-48
• 4.4 甲烷微燃烧器多学科优化流程结果48-50
• 4.5 本章小结50-52
• 总结与展望52-54
• 参考文献54-59
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文和参与课题59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：529014