可燃气体中氧气射流火焰燃烧特性的研究

论文摘要

煤的气化是洁净煤技术的重要方向。氧气分级气化技术是具有优势的煤气化技术。该技术中的分级给氧是技术关键。本文将使用可燃气体中氧气射流火焰对其燃烧特性进行研究。本文设计搭建了石英燃烧器实验系统,分别使用CCD+Matlab图像处理、硅涂层双铂铑热电偶、PIV等测量了火焰的形状和结构、温度场、流场,研究了不同化学当量比、雷诺数、燃料组分对反扩散火焰燃烧特性的影响,并与常规扩散火焰进行对比。利用FLUENT软件对反扩散火焰进行温度场和流场的三维数值模拟,并与实验测量数据进行比较,以期对反扩散火焰有一个全面的认识理解。研究表明,在低雷诺数（Re<500）工况下,反扩散火焰高度大体上随化学当量比的增加和雷诺数的减小呈现降低的趋势,这与以往研究者在较高雷诺数下（Re>1000）的研究结论不同。影响反扩散火焰高度最主要的因素是化学当量比和雷诺数,影响反扩散火焰温度的主要因素是化学当量比、雷诺数和燃料组分。反扩散火焰的温度场在一定程度上证明了反扩散火焰中存在部分预混。根据Thring- Newby相似准则确定的常规扩散火焰与反扩散火焰在燃烧特性方面存在较大差异,发现反扩散火焰的可燃性范围要大于常规扩散火焰。与常规扩散火焰相比,反扩散火焰短、颜色深且亮度高;与反扩散火焰不同,常规扩散火焰高度随化学当量比的增加而增大;常规扩散火焰的平均温度和最高温度都小于反扩散火焰。基于六面体网格+R k-ε模型+简化PDF模型基础上的数值计算,模拟结果与实验研究的趋势一致,表明该模型可用来分析认识反扩散火焰。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 国内外煤气化发展现状
• 1.2 非熔渣-熔渣两段式煤气化技术
• 1.3 本课题研究任务及论文内容安排
• 1.3.1 本课题研究问题的提出
• 1.3.2 论文结构安排及主要内容
• 第2章 反扩散火焰研究的文献综述
• 2.1 反扩散火焰形状和结构
• 2.2 反扩散火焰温度分布
• 2.3 反扩散火焰其他燃烧特性
• 2.3.1 反扩散火焰稳定性
• 2.3.2 火焰冲击传热
• 2.3.3 炭黑生成、氮氧化物
• 2.4 火焰温度测量方法
• 2.4.1 非接触式测温方法
• 2.4.2 接触式测温方法
• 2.5 流场测量方法
• 2.5.1 流场测量手段的选择
• 2.5.2 PIV 测速原理
• 第3章 实验研究方法
• 3.1 实验台介绍
• 3.2 热电偶表面涂层及温度校正
• 3.2.1 热电偶表面涂层
• 3.2.2 温度校正
• 3.3 等温线-MATLAB 图像处理
• 3.4 实验工况说明
• 3.4.1 反扩散火焰研究工况
• 3.4.2 常规扩散火焰实验工况及相似准则
• 第4章 反扩散火焰燃烧特性的实验研究及分析
• 4.1 反扩散火焰形状和结构
• 4.1.1 化学当量比对火焰形状的影响
• 4.1.2 雷诺数对火焰形状和影响
• 4.1.3 燃料组分对火焰形状和影响
• 4.2 反扩散火焰温度场
• 4.2.1 温度分布
• 4.2.2 化学当量比对反扩散火焰温度场的影响
• 4.2.3 雷诺数对反扩散火焰温度场的影响
• 4.2.4 燃料组分对反扩散火焰温度场的影响
• 4.2.5 反扩散火焰等温线
• 4.3 反扩散火焰流场
• 4.4 反扩散火焰与常规扩散火焰燃烧特性比较
• 第5章 反扩散火焰燃烧特性的数值模拟
• 5.1 数学模型的选择
• 5.1.1 气相湍流流动数值模拟概述
• 5.1.2 湍流流动模型
• 5.1.3 燃烧模型
• 5.1.4 辐射传热模型
• 5.2 网格、边界条件及收敛判定
• 5.3 冷态流场数值模拟
• 5.4 热态温度场、流场数值模拟
• 5.4.1 热态温度场数值模拟
• 5.4.2 热态流场数值模拟
• 第6章 全文总结
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果