常温空气MILD燃烧的实验研究与火焰面模型的模拟

论文摘要

MILD燃烧技术具有高效率，低NOx、CO、SOx等污染物排放等优点，被国际燃烧界誉为21世纪最具发展前景的新型燃烧技术之一。本文针对MILD燃烧需要预热空气的缺点，设计并建立规模为20kW的MILD燃烧中试实验台架。采用实验研究和CFD数值模拟的手段，以佳能气为燃料，实现了常温空气的MILD燃烧，并进行相关的实验研究。实验发现，常温空气下通过调整燃烧器钝体高度，可以实现常规燃烧到MILD燃烧的转化。实验测量结果表明：炉内温度分布均匀，温差在200K左右，没有明显火焰锋面，燃烧反应速率降低且发生在整个炉膛容积内，辐射换热增强；炉膛内处在低氧的水平，平均氧浓度为4.2%，NO的生成量很低，平均值仅为29ppm。在炉膛中心存在高浓度的CO分布，但在炉膛的其它区域内，几乎检测不到CO的存在。采样尾部烟气发现，O2和CO的浓度分别为11.0%和0，NO仅为17ppm，证明常温空气下MILD燃烧具有较高的减排水平。使用FLUENT软件，采用三种不同的湍流模型—standard k-ε模型、realizable k-ε模型、Reynolds Stress模型，结合层流火焰面燃烧模型和DO辐射模型对常温空气下C3H8的MILD燃烧进行模拟。结果显示Reynolds Stress模型结合Flamelet模型的温度和CO分布预报结果要明显地优于其他两个模型，而在O2浓度分布预报上三种组合模拟的结果相当；采用FLUENT自带NO反应模型可以对NO的趋势较为准确地预报；尾部烟气中CO和NO的预报值很低，与实验一致。研究表明，强烈的烟气内循环和高速燃气/空气射流的湍流混合对实现常温空气MILD燃烧起到非常重要的作用，常温空气MILD燃烧的数值模拟还需要流动和燃烧模型的进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 MILD 燃烧的研究背景
• 1.2 MILD 燃烧技术简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的研究课题
• 2 MILD 燃烧实验台架设计
• 2.1 MILD 燃烧实验台架的结构设计
• 2.2 MILD 燃烧实验台架控制与测量系统
• 2.3 本章小结
• 3 常温空气 MILD 燃烧的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 常温空气 MILD 燃烧实验工况及过程
• 3.3 MILD 燃烧实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 常温空气 MILD 燃烧的数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 数学模型
• 4.3 常温空气 MILD 燃烧的建模与设定
• 4.4 常温空气 MILD 燃烧的冷态流场模拟
• 4.5 常温空气 MILD 燃烧模拟
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献