預混氣體在堆積床內燃燒的數(shù)值研究.pdf

1、燃料的燃燒是人類獲取能源的主要途徑，減少燃燒過程中的污染物排放和提高燃料利用率是當前燃燒領域兩大熱點課題，為此人們提出了各種不同的新型燃燒技術。近十幾年來，多孔介質燃燒以其燃燒器體積小、結構緊湊、火焰穩(wěn)定性高、可燃極限低和污染物排放低等突出優(yōu)越性得到了廣泛的關注。本文對多孔介質燃燒器內的燃燒、流動以及傳熱特性進行數(shù)值研究，旨在為多孔介質燃燒技術在國民經(jīng)濟中的高效利用提供理論指導。
　　本文以CFD商業(yè)軟件Fluent13.0為平臺

2、，以填充小球顆粒的圓柱軸對稱結構的多孔介質燃燒器為研究對象，通過建立多孔介質固體區(qū)，采用二維雙溫度模型模擬了甲烷/空氣預混氣體在堆積床內預混合燃燒的燃燒過程，并與實驗對比驗證了模型的有效性。采用標準k-ε湍流模型及DO輻射模型對湍流流動及輻射傳熱進行處理，引入簡化的化學反應機理，采用渦耗散概念有限速率化學反應模型，使用耦合計算方法計算固相與氣相間的傳熱，對燃燒器軸線上的溫度、壓力分布規(guī)律及排放特性等進行了參數(shù)化研究，并通過單個小球從受熱

3、到冷卻全程的溫度分布云圖，研究了小球的傳熱與蓄熱特性，得到以下結論:
　　在一定條件下燃燒波能夠在堆積床內穩(wěn)定傳播;火焰面隨著燃燒的進行不斷變寬，而燃燒區(qū)的最高溫度幾乎不隨時間變化;多孔介質的氣固溫度場都呈現(xiàn)明顯的二維拋物線特性，壁面溫度值比中心值低，與氣體溫度相比固體溫度變化相對平緩;由于受到微小孔隙流道的影響，燃燒器軸線方向有較大的壓力損失，且壓力分布受小球直徑影響較大;單個小球內部溫度場分布與整個火焰面的拋物線型具有一致性，

4、溫度相對氣體溫度有一定的延遲顯示了其良好的蓄熱特性。
　　相對于傳統(tǒng)的宏觀模型，本文以含有小球固體區(qū)的微觀燃燒器模型進行了直接數(shù)值模擬，能夠更合理的預測燃燒器的最高溫度、火焰面寬度以及溫度分布。在此模型基礎上，討論了當量比、入口速度、小球直徑以及小球排列方式對多孔介質預混合燃燒特性的影響，結果表明:
　　與小球順序排列結構相比，叉排多孔介質燃燒器的燃燒區(qū)最高溫度更高，且最高溫度受小球直徑影響很小;隨當量比增加，燃燒波的傳播速