预混火焰热声不稳定性研究

论文摘要

贫燃预混燃烧可以有效降低NOx的生成，该燃烧过程是在偏离化学恰当比的情况下进行的，因此易于诱发热-声振荡现象，使火焰失稳、熄火，甚至对燃烧室造成破坏。本文利用实验和数值模拟方法对甲烷/空气贫燃预混火焰热声不稳定性进行了系统的研究。首先，在不同稳焰方式下，对甲烷/空气火焰的贫燃、贫氧熄火极限进行测定，并利用高速摄像仪对火焰结构进行了图像分析，理论探讨了旋转射流和多孔介质的稳焰机理。其次，本文利用SQlabⅡ振动噪声分析仪对燃烧室和预混室的声压振荡进行了测量，发现稳焰方式（主要是旋流稳焰器和多孔介质稳焰器）、燃烧室高度以及燃料输送管长度等对热声振荡基频及幅值都具有显著影响。其中旋流燃烧产生的涡旋进动（PVC）使振荡更加强烈。而多孔介质对流过其内部的混气具有整流、梳理作用，振荡的幅值很低；不同高度的燃烧室随着体积热负荷的减小，热声振荡的基频逐渐减小，但对应的振荡幅值却有所提高，火焰更加易于发生动力学失稳；燃料输送管道越长，燃烧室的初始扰动越不明显。另外，本文以FLUENT6.3为平台对甲烷/空气全预混和部分预混燃烧过程进行了数值模拟，对比分析了全预混和部分预混火焰的温度及压力振荡的变化规律；并对振荡的产生做了进一步的分析全预混燃烧的温度比部分预混的要低，NOx的生成量少。提出新型燃烧方式—贫氧预混/富氧补燃（LOPP/ROSC），对其做了初步的介绍，并进行了数值模拟。本文研究成果为贫燃预混燃烧热声不稳定控制策略的制定提供了基础的实验数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 课题的研究背景
• x的方法'>§1-3 常见的降低NO_x的方法
• §1-4 热声振荡的机理
• §1-5 小结
• 第二章 实验系统及测量的设备
• §2-1 引言
• §2-2 实验系统
• §2-3 实验装置及诊断设备
• 2-3-1 石英玻璃罩
• 2-3-2 camware 高速摄像仪
• 2-3-3 testo350 烟气分析仪
• 2-3-4 SQlab 振动噪声分析仪
• §2-4 本章小结
• 第三章 预混火焰结构特性以及熄火极限的分析
• §3-1 引言
• §3-2 数据处理的方法及实验条件
• 3-2-1 实验处理的方法
• 3-2-2 实验条件及过程
• §3-3 火焰结构及熄火极限
• 3-3-1 旋流燃烧器的熄火极限
• 3-3-2 多孔介质燃烧器的稳焰机理及与旋流熄火极限的对比
• 3-3-3 不同燃烧室长度的熄火极限
• §3-4 小结
• 第四章 预混燃烧的声频分析
• §4-0 引言
• §4-1 声学的基本知识
• §4-2 噪声测试的实验
• §4-3 不同工况下的振荡分析
• 4-3-1 切向旋流火焰热声频谱分析
• 4-3-2 径向旋流燃烧贫燃预混燃烧的声频分析
• 4-3-3 均匀多孔介质贫燃燃烧的声频谱分析
• 4-3-4 非均匀多孔介质贫燃火焰热声频谱分析
• 4-3-5 减小振荡的措施
• §4-4 小结
• 第五章 预混燃烧的数值模拟
• §5-1 引言
• §5-2 湍流模型
• §5-3 模型的选取
• 5-3-1 大涡模拟模型
• 5-3-2 化学反应模型
• 5-3-3 辐射模型
• 5-3-4 声学模型
• §5-4 全预混燃烧的模拟
• §5-5 新型燃烧方式的数值模拟
• §5-6 小结
• 第六章 结论
• §6-1 实验的结论
• §6-2 不足及工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果