贫燃旋流预混燃烧室回火行为实验研究

发布时间：2017-09-12 12:13

  本文关键词：贫燃旋流预混燃烧室回火行为实验研究

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【摘要】：随着人们环保意识的提高,清洁高效的低污染燃烧技术得到了广泛发展,由于贫燃预混燃烧技术具有低污染、低能耗、高效率的优点,因此,已经成为国际性的热点问题。但是,当燃烧条件偏离化学当量比时,贫燃预混燃烧易引发吹熄及回火问题,造成燃烧不能在稳定条件下进行,从而极大地滞后了贫燃预混燃烧技术的发展。为了分析贫燃预混燃烧过程中的回火不稳定性规律,获得不同实验条件下燃烧室内的角回流区回火极限,本文利用PIV,系统和高速摄影仪,研究了燃烧室内的冷热态流场特性及燃烧火焰的角回流区回火行为,主要工作内容及研究结论包括：(1)构建了包括燃烧室、示踪粒子发生器、数据采集系统、实验调节与控制系统的贫燃旋流预混燃烧室实验平台,能够通过PIV系统获得燃烧室内流场特征,并利用高速摄影仪获得燃烧室内火焰形态,以此作为进行贫燃预混燃烧室回火行为研究的基础;(2)利用实验平台,首先进行旋流作用下燃烧室内的冷态流场特性研究。结果发现,冷态流场结构包括角回流区、中心回流区及剪切层,在冷态流场内能够看到涡旋进动现象的生成及发展经过,且改变实验条件,燃烧室冷态流场均能保持在稳定结构。入口压力增大时,流场内回流区长度和宽度均减小,回流区的中心位置向燃烧室的上游移动,且最大回流速度提高,而燃烧室突扩比对流场分布的影响规律与入口压力相反;(3)在燃烧室平台上,研究了贫燃旋流预混燃烧室内的热态流场特性。研究发现,热态流场结构包括角回流区、中心回流区及剪切层,在热态流场中能清晰地观察到涡旋进动现象,且改变实验工况条件,燃烧室热态流场均能保持在稳定结构。回流区长度随进气速度的升高而减小,最大回流速度随进气速度的升高呈增大的趋势,回流区的中心位置随进气速度的升高向燃烧室的上游方向移动；(4)对比燃烧室内的冷态与热态流场特性,得到了以下两点不同：①在热态条件下,燃烧室内流场分布更加不规则,与冷态时相比,角回流区结构更加不明显；②燃烧室内冷态流场与热态流场的回流区的位置不同,热态条件下回流区的中心位置向燃烧室的下游移动,回流区的长度增大,且燃烧状态下的最大回流速度比冷态时小：(5)研究了燃烧室突扩比和空气进气量对燃烧火焰贫燃吹熄极限的影响,结果发现,空气量相同时,吹熄极限随突扩比的增大而增大,突扩比不变时,吹熄极限随空气进气量的增大而减小,且随着突扩比的增加,增大相同范围的空气进气量时吹熄极限减小的范围增大；(6)在当量比增大的过程中能观察到角回流区回火,且火焰进一步向燃烧室的上游传播就会出现预混段回火,在预混管内安装中心钝体能有效的阻止回火的发生,且当量比增大的过程中火焰颜色由淡蓝色变为明亮的蓝色。另外,进气速度对火焰的回火特性的影响不大,而旋流器高度及突扩比对火焰回火的影响很大,研究发现,不同进气速度时的火焰回火极限均在当量比为0.65左右,在旋流器高度为40mm或燃烧室突扩比为3.1时,回火现象尤其明显。
【关键词】：贫燃预混旋流燃烧 流场特性 吹熄极限 回火火焰
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ038
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-29
• 1.1 贫燃预混燃烧技术11-12
• 1.2 贫燃预混燃烧室的燃烧不稳定性问题12-15
• 1.2.1 燃烧不稳定性理论12-14
• 1.2.2 燃烧火焰回火机理14-15
• 1.3 燃烧室流场测量的国内外研究进展15-21
• 1.3.1 几种常见的流场测量方法15-16
• 1.3.2 PIV技术原理及应用16-17
• 1.3.3 PIV流场测量的国内外研究现状17-21
• 1.4 贫燃预混燃烧回火的国内外研究进展21-27
• 1.5 本文主要内容及研究技术路线27-29
• 2 实验系统与测试方法29-43
• 2.1 贫燃预混燃烧实验系统29-30
• 2.2 燃烧室设计30-33
• 2.3 实验辅助系统33-35
• 2.3.1 点火装置33-34
• 2.3.2 燃料供气系统34
• 2.3.3 示踪粒子系统34-35
• 2.4 实验测试系统35-40
• 2.4.1 流量采集系统35-38
• 2.4.2 火焰拍摄记录系统38-39
• 2.4.3 PIV系统39-40
• 2.5 当量比40-41
• 2.6 实验流程41-42
• 2.7 本章小结42-43
• 3 贫燃旋流预混燃烧室的流场特性43-62
• 3.1 PIV实验准备工作43-45
• 3.1.1 燃烧室实验平台调试43
• 3.1.2 PIV系统预调试工作43-44
• 3.1.3 示踪粒子选取44-45
• 3.2 突扩燃烧室内冷态流场的PIV实验研究45-54
• 3.2.1 燃烧室内冷态流场结构及速度分布46-48
• 3.2.2 入口压力对冷态流场的影响48-51
• 3.2.3 突扩比对冷态流场的影响51-53
• 3.2.4 涡旋进动过程53-54
• 3.3 贫燃预混燃烧室内热态流场的PIV实验研究54-60
• 3.3.1 燃烧室内热态流场结构及速度分布54-57
• 3.3.2 进气速度对热态流场的影响57-59
• 3.3.3 冷态流场与热态流场的对比分析59-60
• 3.4 本章小结60-62
• 4 贫燃预混燃烧回火特性实验研究62-77
• 4.1 燃烧火焰形态62-66
• 4.1.1 贫燃吹熄火焰63-65
• 4.1.2 稳定火焰65
• 4.1.3 回火火焰65-66
• 4.2 贫燃预混燃烧火焰回火特性研究66-76
• 4.2.1 当量比对回火的影响66-68
• 4.2.2 进气速度对回火的影响68-71
• 4.2.3 旋流器高度对回火的影响71-72
• 4.2.4 突扩比对回火的影响72-73
• 4.2.5 中心钝体对回火的影响73-76
• 4.3 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-84
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

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本文编号：837156