【硕士论文】加湿湍流扩散燃烧特性的实验与数值研究.pdf

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要加湿湍流扩散燃烧特性的实验与数值研究摘要为了在提高能源利用效率的同时适应现在越来越严格的环境保护要求对于高效清洁的能源利用方式的需求日益受到重视湿空气透平循环HAT循环等先进热力循环成为人们研究的重点此类循环的燃烧过程中的加湿燃烧过程增加了燃烧过程的复杂性详细了解加湿燃烧过程的热力学和燃烧动力学机理是对这些循环过程进行研究的关键之一本文开展了加湿对甲烷/空气扩散燃烧特性影响的实验和数值模拟研究工作燃烧实验的测量水平随着测试技术的不断完善而逐渐提高激光测试技术在燃烧流场测试中的应用是燃烧实验技术的重要进步使用丹麦Dante公司的二维PIV系统对甲烷/空

2、气的扩散燃烧热态速度场进行了测量得到了燃烧状态下较为理想的速度场信息解决了燃烧激光诊断中的PIV应用的一些问题如示踪粒子的选择背景噪声的消除和PIV系统参数的设置等为下一步基于PIV激光测试技术的加湿燃烧激光诊断奠定了一定的基础初步建立了用于进行加湿燃烧机理性研究的实验台在实验台的设计工作中重点考虑了在该实验台上要能够开展不同加湿燃烧过程的机理性研究增加对加湿燃烧的理解以及便于采用目前先进的光学测试手段对燃烧室内无反应和反应流场在加湿情况下进行实验研究研究比较了目前湍流燃烧数值模拟的一些主要方法并选择了适I上海交通大学硕士学位论文摘要合本文数值模拟的计算模型针对加湿燃烧机理实验

3、台使用商用CFD软件FLUENT进行了三种加湿工况下进口空气含湿量分别为05和10的甲烷/空气扩散燃烧的数值模拟在计算的过程中对化学平衡模型和层流小火焰模型计算的结果进行了比较计算比较了不同进口含湿量情况下燃烧室内的温度场速度场以及H2OO和OH的组份浓度场研究发现随着水蒸汽浓度的升高燃烧室内的最高温度有所下降O自由基的浓度下降而OH自由基的浓度升高作者还介绍了NOX的生成机理并从化学反应机理的角度分析了O基和OH基对燃烧和NOX生成的影响关键词加湿燃烧激光诊断PIV湍流扩散燃烧化学反应数值模拟II上海交通大学硕士学位论文摘要EXPERIMENTALANDNUMERICALRE

4、SEARCHONTHEPERFORMANCEOFHUMIDAIRTURBULENTDIFFUSIONCOMBUSTIONABSTRACTInordertoimprovetheefficiencyofenergyutilizationandadapttotheincreasinglystrictrestrictionsontherequirementsofenvironmentprotection,ithasbeenmoreandmoreimportanttodevelopclearandefficientmethodsforenergyutilization.Atpresent

5、,someadvancedthermalcyclessuchasHumidAirTurbinecyclehavebeenresearchfocus.Thehumidaircombustionprocessinthesecyclesaddcomplexitytotheregularcombustionprocess,soitisimportanttoinvestigatethethermodynamicsandcombustionkineticsmechanismofthiscombustionprocess.Anexperimentalandnumericalstudyhasb

6、eenperformedinthisthesistoinvestigatethehumidairturbulentdiffusioncombustion.Thetechniquesforcombustionexperimentationhasbeenimprovedandtheapplicationoflaserdiagnosticsoncombustionmeasurementisapivotalprogressoftheinthisarea.A2-DDantec’sPIVsystemwasusedtomeasurethecombustionflowfieldofmethan

7、e/airdiffusionflameandreasonableresultshavebeenobtained.ThisthesishassolvedsomedifficultiesofthePIVapplicationincombustiondiagnosticssuchastheselectionofseeding,removalofbackgroundnoiseandthesetupofPIVsystem.Thisresearchwillbehelpfulforfutureresear