微型圆管燃烧器内二甲醚催化燃烧的数值模拟
发布时间：2020-12-09 15:57
现代便携式电子设备的迅猛发展,需要供电时间长的能源系统与之配合。微型能源系统的能量密度显著提高,可使续航时间大为延长。微型能源系统的核心在于微尺度燃烧。微尺度燃烧不仅可以在便携式电子设备上有很好的运用,而且国防方面也是其重要的应用领域。本论文以二甲醚为研究对象,围绕微圆管内二甲醚催化燃烧特性展开研究,通过CFD模拟的方式,研究了二甲醚在微小尺度内催化燃烧特性、尺寸效应以及催化剂空间密度效应等问题。微型圆管填充床式燃烧器既能实现催化燃烧又能稳定内部流场和温度场,二甲醚燃烧性能较好且污染物排放较低。采用数值模拟这种有效且节约资源的方法,建立微型圆管填充床式燃烧器中二甲醚在Pt上的催化燃烧的模型,并研究利于引起之后气相反应的最优工况。研究表明,流速在0.2-1m/s,当量比小于1时,利于催化段的燃烧;流速大于3m/s,当量比大于3时,利于之后引起气相反应。378-380K为二甲醚在Pt上催化燃烧的着火点。验证了二甲醚在催化剂上的吸附能力比氧气强,适量提高氧气的浓度能够促进催化反应的进行,而过量的二甲醚则会抑制催化反应的发生。对内径为1、2、4、8mm的微圆管通道内二甲醚催化燃烧进行数值模拟并...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１微尺度填充床式燃烧器简图??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐａｃｋｅｄ?ｂｅｄ?ｃｏｍｂｕｓｔｏｒｓ??
２微型填充床燃烧器中二甲醚的铂催化燃烧数值模拟??转化率在１０％以上为稳燃。通过调节二甲醚／空气混合物的入口流速和当量比，??获得稳燃范围。如图２．２所示，当量比小于０．３时，随着当量比的增大，入口流??速上限快速上升，下限陡峭下降，稳燃范围不断拓宽；当量比在０．３至０．５之间??时，入口流速上下限保持不变，此时稳燃范围也是最宽的；而当量比大于０．５时，??随着当量比的增大，入口流速上限逐渐下降且变化趋于平缓，下限则维持不变，??稳燃范围趋于变小。说明当量比为０．３－０．５即贫燃条件时，有利于二甲醚在??Ｐｔ／ＺＳＭ－５上催化燃烧反应的进行。这是因为二甲醚在催化剂上的吸附能力比氧??气强，故适量提高氧气的浓度能够促进反应的进行。当量比在０．３至５之间时，??稳燃下限维持在０．０２ｍ／ｓ不变，这与Ｚｈｃｍｇ等［２５］发现的小雷诺数时ＤＭＥ可燃范??围较宽的现象相符。??１２????１１?一?ｒ＊＊、????１〇「／?＼?上限??Ｉ?＾?＾??＞?０．０８?－??嚤??０．０６?－??０．０４?－??■?＾??０．０２?－?？？？?鲁?？鲁?鲁參??〇．〇〇??．?１?１?１?１?１?１?１?１?１???０?１?２?３?４?５??０??图２．２稳燃范围??Ｆｉｇ．２．２?Ｌｉｍｉｔ?ｏｆ?ｓｔａｂｌｅ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??２．４．２入口流速的影响??入口流速的改变会引起输入功率和燃料停留时间的改变，这两者都会对催化??燃烧反应产生显著影响
?５??流速Ｖ?（ｍ／ｓ）??图２．４中心线最高温度和壁面最高温度随入口流速的变化（０＝１，?Ｔｉｎ＝４２３Ｋ）??Ｆｉｇ．２．４?Ｍａｘｉｍｕｍ?ａｘｉｓ?ａｎｄ?ｗａｌｌ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｖｅｒｓｕｓ?ｉｎｌｅｔ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ（０＝ｌ?，Ｔｉｎ＝４２３Ｋ）??２０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pt基催化剂二甲醚催化燃烧性能[J]. 郭常青,叶文,李青山,闫常峰,伊立其. 燃烧科学与技术. 2017(02)
[2]平板式微燃烧器内二甲醚催化燃烧与动态火焰研究[J]. 周俊虎,周靖松,杨卫娟,王业峰,张彦威,岑可法. 农业机械学报. 2016(11)
[3]氢气辅助正丁烷催化着火特性[J]. 于亚薇. 燃烧科学与技术. 2015(04)
[4]缸径和压缩比对微型内燃机微燃烧性能的影响[J]. 唐刚志,张力,尚会超,杜宝程. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(09)
[5]铜基催化剂上甲烷催化燃烧反应动力学特性研究[J]. 张磊,周福勋,赵建涛,吴志伟,王建国,房倚天. 燃料化学学报. 2014(09)
[6]CFD modeling using heterogeneous reaction kinetics for catalytic dehydrogenation syngas reactions in a fixed-bed reactor[J]. Xiaomin Chen,Jiu Dai,Zhenghong Luo. Particuology. 2013(06)
[7]二甲醚对正丁烷着火延迟期影响的机理研究[J]. 胡二江,黄佐华,姜雪,张家祥,满兴家. 内燃机学报. 2013(06)
[8]铜锰负载型堇青石整体催化剂表面低浓度甲烷催化燃烧本征动力学研究[J]. 王越,张佳瑾,李敏,李建伟. 北京化工大学学报(自然科学版). 2011(06)
[9]甲烷入口条件对紧凑型重整器燃烧管道化学反应与产热特性影响[J]. 杨国刚,岳丹婷,吕欣荣,袁金良. 工程热物理学报. 2011(03)
[10]微小燃烧器燃烧特性研究[J]. 杨庆涛,杨帆,钟北京. 工程热物理学报. 2010(11)
博士论文
[1]微小圆管中碳氢及含氧燃料的催化燃烧和强化机制[D]. 邓尘.浙江大学 2016
[2]微型燃烧器内燃烧与传热特性研究[D]. 李艳霞.北京工业大学 2012
[3]微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究[D]. 汪洋.浙江大学 2010
硕士论文
[1]微尺度平板燃烧器中甲烷、二甲醚催化燃烧研究[D]. 刘子琨.浙江大学 2017
[2]微通道内甲烷催化燃烧的数值模拟研究[D]. 马盟.重庆大学 2007
本文编号：2907117
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１微尺度填充床式燃烧器简图??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐａｃｋｅｄ?ｂｅｄ?ｃｏｍｂｕｓｔｏｒｓ??
２微型填充床燃烧器中二甲醚的铂催化燃烧数值模拟??转化率在１０％以上为稳燃。通过调节二甲醚／空气混合物的入口流速和当量比，??获得稳燃范围。如图２．２所示，当量比小于０．３时，随着当量比的增大，入口流??速上限快速上升，下限陡峭下降，稳燃范围不断拓宽；当量比在０．３至０．５之间??时，入口流速上下限保持不变，此时稳燃范围也是最宽的；而当量比大于０．５时，??随着当量比的增大，入口流速上限逐渐下降且变化趋于平缓，下限则维持不变，??稳燃范围趋于变小。说明当量比为０．３－０．５即贫燃条件时，有利于二甲醚在??Ｐｔ／ＺＳＭ－５上催化燃烧反应的进行。这是因为二甲醚在催化剂上的吸附能力比氧??气强，故适量提高氧气的浓度能够促进反应的进行。当量比在０．３至５之间时，??稳燃下限维持在０．０２ｍ／ｓ不变，这与Ｚｈｃｍｇ等［２５］发现的小雷诺数时ＤＭＥ可燃范??围较宽的现象相符。??１２????１１?一?ｒ＊＊、????１〇「／?＼?上限??Ｉ?＾?＾??＞?０．０８?－??嚤??０．０６?－??０．０４?－??■?＾??０．０２?－?？？？?鲁?？鲁?鲁參??〇．〇〇??．?１?１?１?１?１?１?１?１?１???０?１?２?３?４?５??０??图２．２稳燃范围??Ｆｉｇ．２．２?Ｌｉｍｉｔ?ｏｆ?ｓｔａｂｌｅ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ??２．４．２入口流速的影响??入口流速的改变会引起输入功率和燃料停留时间的改变，这两者都会对催化??燃烧反应产生显著影响
?５??流速Ｖ?（ｍ／ｓ）??图２．４中心线最高温度和壁面最高温度随入口流速的变化（０＝１，?Ｔｉｎ＝４２３Ｋ）??Ｆｉｇ．２．４?Ｍａｘｉｍｕｍ?ａｘｉｓ?ａｎｄ?ｗａｌｌ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｖｅｒｓｕｓ?ｉｎｌｅｔ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ（０＝ｌ?，Ｔｉｎ＝４２３Ｋ）??２０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pt基催化剂二甲醚催化燃烧性能[J]. 郭常青,叶文,李青山,闫常峰,伊立其. 燃烧科学与技术. 2017(02)
[2]平板式微燃烧器内二甲醚催化燃烧与动态火焰研究[J]. 周俊虎,周靖松,杨卫娟,王业峰,张彦威,岑可法. 农业机械学报. 2016(11)
[3]氢气辅助正丁烷催化着火特性[J]. 于亚薇. 燃烧科学与技术. 2015(04)
[4]缸径和压缩比对微型内燃机微燃烧性能的影响[J]. 唐刚志,张力,尚会超,杜宝程. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(09)
[5]铜基催化剂上甲烷催化燃烧反应动力学特性研究[J]. 张磊,周福勋,赵建涛,吴志伟,王建国,房倚天. 燃料化学学报. 2014(09)
[6]CFD modeling using heterogeneous reaction kinetics for catalytic dehydrogenation syngas reactions in a fixed-bed reactor[J]. Xiaomin Chen,Jiu Dai,Zhenghong Luo. Particuology. 2013(06)
[7]二甲醚对正丁烷着火延迟期影响的机理研究[J]. 胡二江,黄佐华,姜雪,张家祥,满兴家. 内燃机学报. 2013(06)
[8]铜锰负载型堇青石整体催化剂表面低浓度甲烷催化燃烧本征动力学研究[J]. 王越,张佳瑾,李敏,李建伟. 北京化工大学学报(自然科学版). 2011(06)
[9]甲烷入口条件对紧凑型重整器燃烧管道化学反应与产热特性影响[J]. 杨国刚,岳丹婷,吕欣荣,袁金良. 工程热物理学报. 2011(03)
[10]微小燃烧器燃烧特性研究[J]. 杨庆涛,杨帆,钟北京. 工程热物理学报. 2010(11)
博士论文
[1]微小圆管中碳氢及含氧燃料的催化燃烧和强化机制[D]. 邓尘.浙江大学 2016
[2]微型燃烧器内燃烧与传热特性研究[D]. 李艳霞.北京工业大学 2012
[3]微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究[D]. 汪洋.浙江大学 2010
硕士论文
[1]微尺度平板燃烧器中甲烷、二甲醚催化燃烧研究[D]. 刘子琨.浙江大学 2017
[2]微通道内甲烷催化燃烧的数值模拟研究[D]. 马盟.重庆大学 2007
本文编号：2907117
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