大气式燃烧器适应性实验及模拟研究

论文摘要

随着我国天然气工业的发展,我国对天然气需求量增加,为了弥补国内缺口,需要多渠道进口国外天然气,造成我国城镇燃气供气格局的改变。同时,城镇燃气负荷随时间波动,为保证城镇用气,城市门站采用其它燃气掺混到输配系统中。这两种情况都会导致燃气组分的变化,因此需要研究大气式燃烧器的适应性。本文采用实验与数值模拟相结合的研究方法,对大气式燃烧器适应性做了以下研究并得出相关结论:本文首先论述与燃气燃烧有关的特性指数,同时分析大气式燃烧器的层流预混火焰特性,梳理分析大气式燃烧器结构计算方法,为实验和数值模拟分析做理论铺垫。基于配气实验平台,利用四种纯原料气,包括甲烷、氢气、氮气和异丁烷,测试采集天然气灶具在发生脱火、回火以及CO超标时的四种气体的容积成分,采用MATLAB软件得出天然气灶具适应域。通过适应域坐标图,分析灶具出现以上三种非正常燃烧工况的原因,得出在大气式燃烧器中对燃烧工况影响的主要因素是静压力和一次空气系数。基于计算流体力学理论,建立大气式燃烧器中引射器的数值模拟模型,采用Fluent软件对引射器中燃气与空气引射混合过程进行稳态数值模拟,通过与理论计算结果对比验证数值模拟的可信性。基于数值模拟结果,分析引射器5种不同进口压力与出口压力下的压力场、浓度场和速度场,验证两种气体在引射器内的混合程度达到实际应用要求,得出引射器具有自动调节性能,依据自动调节性能分析供气压力变化对火焰稳定性的影响。基于大气式燃烧器结构,结合相关流体力学理论,分析燃气组分改变对火焰稳定性影响,得出燃气组分改变主要致使一次空气系数发生变化而导致火焰燃烧工况发生改变。本文通过对大气式燃烧器火焰燃烧工况以及引射器工况的研究,分析得出影响火焰燃烧工况的主要因素,可为城市燃气应用领域中燃气灶具调节以及火焰稳定控制提供一定的技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景意义
• 1.2 国内外大气式燃烧器适应性研究现状分析
• 1.2.1 国内外大气式燃烧器火焰燃烧工况研究现状
• 1.2.2 国内外大气式燃烧器中引射器工况研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 大气式燃烧器燃烧特性及结构分析
• 2.1 燃气分类
• 2.2 燃气燃烧相关特性指数的选取
• 2.2.1 燃气相对密度的计算
• 2.2.2 燃气热值的计算
• 2.2.3 燃气燃烧所需理论空气量的确定
• 2.2.4 过剩空气系数的确定
• 2.2.5 燃气燃烧火焰传播速度的经验计算公式
• 2.2.6 华白数的意义
• 2.2.7 燃烧势的确定
• 2.3 大气式燃烧器火焰燃烧特性
• 2.3.1 层流火焰结构
• 2.3.2 层流火焰重要特征
• 2.4 大气式燃烧器结构
• 2.4.1 燃烧器头部结构计算
• 2.4.2 引射器结构计算
• 2.4.3 燃烧器结构计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 大气式燃烧器燃烧适应性实验研究
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验系统原理示意图
• 3.3 实验系统主要设备
• 3.3.1 质量流量控制器
• 3.3.2 CO检测仪
• 3.4 实验步骤
• 3.5 实验数据整理分析
• 3.5.1 灶具1 燃烧适应域
• 3.5.2 灶具2 燃烧适应域
• 3.5.3 灶具3 燃烧适应域
• 3.5.4 灶具4 燃烧适应域
• 3.5.5 实验数据分析
• 3.6 火焰稳定燃烧的影响因素分析
• 3.6.1 法向火焰传播速度影响因素
• 3.6.2 燃气混合物火孔出口流速影响因素
• 3.7 本章小结
• 第4章 引射器中燃气空气混合过程数值模拟研究
• 4.1 引射器物理模型建立
• 4.2 引射器数学模型建立
• 4.3 网格划分及边界条件
• 4.3.1 网格划分
• 4.3.2 边界条件
• 4.4 数值模拟结果
• 4.4.1 模拟结果分析
• 4.4.2 引射器自动调节特性
• 4.4.3 出口静压力改变时质量引射系数的变化
• 4.5 压力变化对燃烧工况影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 燃气组分改变对燃烧工况影响分析
• 5.1 火孔热强度的选取
• 5.2 引射器能量损失系数影响因素分析
• 5.2.1 燃气组分改变对混合管摩擦阻力系数影响
• 5.2.2 燃气组分改变对扩压管摩擦阻力系数影响
• 5.3 燃烧器头部能量损失系数影响因素分析
• 5.4 燃气组分改变对质量引射系数的影响
• 5.5 燃气组分改变对一次空气系数的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研情况说明
• 致谢