预混气体在堆积床内燃烧的数值研究.pdf

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1、犬硿大孝硕士莩位文预混气体在堆积床内燃烧的数值研究学科专业座輕垂作者姓名张鱼里指导教师——答辩曰期—————竺—一屋硕士学位论文预混气体在堆积床内燃烧的数值研究作者姓名张金艳学科、专业工程热物理学号指导教师刘宏升副教授完成日期年月大嫂工大嗲大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所

2、做的贡献均巳在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：作者签名：日期：年月日大连理工大学硕士学位论文摘要燃料的燃烧是人类获取能源的主要途径，减少燃烧过程中的污染物排放和提高燃料利用率是当前燃烧领域两大热点课题，为此人们提出了各种不同的新型燃烧技术。近十几年来，多孔介质燃烧以其燃烧器体积小、结构紧凑、火焰稳定性高、可燃极限低和污染物排放低等突出优越性得到了广泛的关注。本文对多孔介质燃烧器内的燃烧、流动以及传热特性进行数值研宄，旨在为多孔介质燃烧技术在国民经济中的高效

3、利用提供理论指导。本文以商业软件为平台，以填充小球颗粒的圆柱轴对称结构的多孔介质燃烧器为研宄对象，通过建立多孔介质固体区，采用二维双温度模型模拟了甲烷空气预混气体在堆积床内预混合燃烧的燃烧过程，并与实验对比验证了模型的有效性。采用标准湍流模型及辐射模型对湍流流动及辐射传热进行处理，引入简化的化学反应机理，采用涡耗散概念有限速率化学反应模型，使用耦合计算方法计算固相与气相间的传热，对燃烧器轴线上的温度、压力分布规律及排放特性等进行了参数化研宄，并通过单个小球从受热到冷却全程的温度分布云图，研宄了小球的传热与蓄热特

4、性，得到以下结论：在一定条件下燃烧波能够在堆积床内稳定传播；火焰面随着燃烧的进行不断变宽，而燃烧区的最高温度几乎不随时间变化；多孔介质的气固温度场都呈现明显的二维抛物线特性，壁面温度值比中心值低，与气体温度相比固体温度变化相对平缓；由于受到微小孔隙流道的影响，燃烧器轴线方向有较大的压力损失，且压力分布受小球直径影响较大；单个小球内部温度场分布与整个火焰面的抛物线型具有一致性，温度相对气体温度有一定的延迟显示了其良好的蓄热特性。相对于传统的宏观模型，本文以含有小球固体区的微观燃烧器模型进行了直接数值模拟，能够更合

5、理的预测燃烧器的最高温度、火焰面宽度以及温度分布。在此模型基础上，讨论了当量比、入口速度、小球直径以及小球排列方式对多孔介质预混合燃烧特性的影响，结果表明：与小球顺序排列结构相比，叉排多孔介质燃烧器的燃烧区最高温度更高，且最高温度受小球直径影响很小；随当量比增加，燃烧波的传播速度减小，最高温度升高，燃烧区域范围扩大；随着速度增大，燃烧最高温度升高，火焰面宽度变窄，燃烧波波速增大；随小球直径增大，火焰面厚度变窄，燃烧波传播速度增大；对燃烧器内组分浓度进行定预混气体在堆积床内燃烧的数值研宄性分析，发现入口速度对组分

6、浓度的影响不大，当量比及小球直径对其有显著的影响。关键词：堆积床，预混燃烧，火焰面，燃烧波，蓄热特性大连理工大学硕士学位论文，，预混气体在堆积床内燃烧的数值研究—大连理工大学硕士学位论文目录课题背景多孔介质燃烧技术概述多孔介质内超绝热燃烧概念多孔介质燃烧的优越性国内外研宄现状火焰结构及燃烧波传播特性研究燃烧稳定性及可燃极限研究排放特性研究往复流多孔介质燃烧器本文的主要工作和内容多孔介质预混合燃烧的数值方法数学模型多孔介质体积平均模型多孔介质内反应流模型直接模拟数学模型控制方程化学反应动力学辐射模型湍流模型本章小

7、结小球堆积型孔介质燃烧器特性分析物理模型描述初始条件及求解计算结果模型验证堆积床整体温度分布及稳定燃烧波—预混气体在堆积床内燃烧的数值研宄压力分布特性多孔介质小球传热特性分析组分分布本章小结多孔介质预混燃烧影响因素分析小球排列方式对预混燃烧特性的影响小球排列方式对堆积床内温度分布及火焰面的影响小球排列方式对堆积床内组分的影响小球排列方式对堆积床内压力损失的影响当量比对预混燃烧特性的影响当量比对堆积床内温度分布及火焰面的影响当量比对燃烧波传播速度的影响当量比对堆积床内组分的影响小球直径对预混燃烧特性的影响小球直径

8、对堆积床内温度分布及火焰面的影响小球直径对燃烧波传播速度的影响小球直径对堆积床内组分的影响小球直径对堆积床压内力损失的影响入口速度对预混燃烧特性的影响入口速度对堆积床内温度分布及火焰面的影响入口速度对燃烧波传播速度的影响入口速度对堆积床内组分的影响本章小结参考文献附录主要符号表攻读硕士学位期间发表学术论文情况大连理工大学学位论文版权使用授权书大连理工大学硕士学位论文绪论课题背景自世纪以