O2/CO2气氛下的燃烧热声不稳定试验研究

论文摘要

为了探索O2/CO2气氛下Rijke型和旋流燃烧器的热声不稳定特性,搭建了Rijke型热声台架和旋流型热声台架,进行了多工况试验,获得了一些有意义的结论。本文首先对热声现象及热声发展历史进行了一定的阐述,对热声不稳定现象及其研究现状进行了介绍,并简要介绍了O2/CO2燃烧技术的特点、应用及其研究现状。在借鉴前人研究的基础上,自行设计搭建了Rijke型和旋流型热声试验台架,包括Rijke型燃烧器、旋流燃烧器、燃料控制系统、温度测量系统和压力测量系统。在1/4热源Rijke型燃烧器上对O2/CO2气氛下的热声不稳定特性进行了试验研究。试验的结果表明,燃烧器的燃烧温度与燃烧功率和化学当量比有重要关系,甲烷未燃烬率随着化学当量比的增大而减小,并且呈现出良好的线性度。在1/2热源Rijke上燃烧器上对O2/CO2气氛下的热声不稳定特性进行了试验研究。试验发现,O2/CO2气氛下1/2热源Rijke型燃烧器维持持续燃烧的下限极限氧气浓度为25%,所有研究工况的甲烷未燃尽率均大于5%;1/2热源Rijke燃烧器热声脉动的激发状态是燃烧功率、氧化剂的氧气浓度和进口平均流速等参数的多元函数。在旋流型热声试验台架上对O2/CO2气氛下化学当量比、燃烧功率、氧化剂中氧气浓度对旋流燃烧器的热声不稳定影响进行了试验研究。试验发现,O2/CO2气氛下旋流燃烧器的燃烧延迟主要是靠氧化剂中氧气的浓度来控制,化学当量比对旋流燃烧器燃烧延迟的影响很小,而燃烧功率对旋流燃烧器燃烧延迟没有影响。当φ＞0.95或者XO2＞35%的时候,旋流燃烧器中会产生大量的CO。O2/CO2/CH4燃烧时旋流燃烧器中的压力波形与同样氧气浓度下O2/N2/CH4燃烧时的压力波形很不一样,比如在OF＞28.6%的时候,由于燃烧产生了大量的碳黑,O2/N2/CH4燃烧的压力脉动会消失,而在O2/CO2/CH4燃烧时压力脉动变得更加强烈。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 热声现象及热声研究的发展历史
• 1.1.1 热声效应
• 1.1.2 热声研究的发展历史
• 1.2 热声不稳定及其研究现状
• 1.2.1 热声不稳定现象及其机理
• 1.2.2 Rijke型燃烧器热声不稳定研究现状
• 1.2.3 旋流燃烧器热声不稳定研究现状
• 2/CO₂燃烧技术及其研究现状'>1.3 O₂/CO₂燃烧技术及其研究现状
• 2/CO₂燃烧技术'>1.3.1 O₂/CO₂燃烧技术
• 2/CO₂燃烧技术的研究现状'>1.3.2 O₂/CO₂燃烧技术的研究现状
• 1.4 本课题研究意义和内容
• 1.4.1 本课题研究意义
• 1.4.2 本文研究内容
• 第二章 Rijke管型和旋流型热声不稳定试验台架
• 2.1 引言
• 2.2 Rijke管型热声试验台架
• 2.2.1 Rijke型热声管
• 2.3 旋流型热声试验台架
• 2.3.1 旋流燃烧器
• 2.3.2 燃料输送系统
• 2.3.3 温度测量系统
• 2.3.4 压力测量系统
• 2.3.5 烟气分析仪
• 2.4 本章小结
• 第三章 1/4热源 Rijke燃烧器热声不稳定特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验台架
• 3.3 试验工况及结果分析
• 3.3.1 低输入功率的热声试验研究
• 3.3.2 高输入功率的热声试验研究
• 3.3.3 更高输入功率的热声试验研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 1/2热源Rijke燃烧器热声不稳定特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验台架
• 4.3 试验工况及结果分析
• 4.3.1 氧化剂中氧气浓度为25%的热声试验研究
• 4.3.2 氧化剂中氧气浓度为30%的热声试验研究
• 4.3.3 氧化剂中氧气浓度为35%的热声试验研究
• 4.3.4 试验各组工况对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 化学当量比对旋流燃烧器热声不稳定的影响
• 5.1 引言
• 5.2 试验台架
• 5.3 试验工况及结果分析
• 5.3.1 不同化学当量比的热声试验研究
• 5.3.2 变燃烧功率的热声试验研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 氧气浓度对旋流燃烧器热声不稳定的影响
• 6.1 引言
• 6.2 试验台架
• 6.3 试验工况及结果分析
• 6.3.1 变氧化剂氧气浓度的热声试验研究
• 6.3.2 对比试验结果及分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结与工作展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢