声波影响燃烧的机理研究

声波影响燃烧的机理研究
作者：郑英超姜根山
来源：《科学与财富》2011年第09期
基金项目：国家自然基金资助项目（10974053）；声场信息国家重点实验室开放基金资助课题（200903）。

1、引言
如何提高煤的燃烧效率，实现完全燃烧，对于能源的节约，企业效益的增加，有十分重要的意义。

也是许多研究人员的课题。

实验证明，煤颗粒在强声场中燃烧时，燃烧时间明显缩短，对提高燃煤率是十分有效的[1]。

但是声波强化燃烧的机理尚不完善，有必要对其进行探究。

2、煤颗粒的燃烧过程
首先对煤颗粒燃烧过程进行简要分析。

煤炭的燃烧是一种伴有放热的高速化学反应。

一般的煤粒燃烧过程中，煤炭的燃烧包括以下几个过程[2]:参加燃烧的氧气从周围环境扩散到煤炭反应表面，氧气被燃料表面吸附;在燃料表面进行燃烧化学反应；燃烧产物由燃料表面解吸附；燃烧产物离开燃料表面，扩散到周围环境中等过程。

在合适的
图2-1煤颗粒的燃烧过程
温度条件下，空气中的氧气首先与煤炭中挥发份发生燃烧反应生成二氧化碳，并在煤颗粒表面形成一层二氧化碳层和焦碳壳。

在这第一阶段过程中(t1时间内),燃烧发生在煤粒表面以外的空间，燃烧速?度取决于氧的气相扩散速度。

这时燃烧产物二氧化碳被包围在煤炭颗粒的周围，隔离了后继的氧的供应。

到燃烧的第二阶段(t2时间内),燃烧发生在煤粒的中心核，这时氧的扩散除要穿过二氧化碳覆盖层之外,还要穿过煤粒外围的灰壳层,氧气的扩散阻力进一步加大，影响煤炭的燃烧的速度。

球形煤炭颗粒燃烧工况与过程如图2-1所示。

3、物理模型
根据煤颗粒的燃烧过程，燃烧时生成的二氧化碳和灰壳层影响了煤颗粒的燃烧速度。

若把一煤颗粒放在声场中燃烧，由于声场的存在，煤颗粒周围介质会发生振动，这样会对煤颗粒周围二氧化碳层的扩散和灰壳层的脱落起到促进作用，从而促进燃烧强度。

我们不妨把煤颗粒看成一个刚性球。

当刚性球遇到声波的时候会在表面发生散射。

下面我们来研究煤颗粒周围的振动情况。

3.1入射声场
5、结论
当强声波作用到煤颗粒的时候，对煤颗粒周围二氧化碳层的扩散和氧气的介入以及灰壳层的脱落起到促进作用，从而促进燃烧效率。

而声波助燃是个复杂的过程。

声波对温度，换热效率以及传质的影响还需做进一步的研究.■
参考文献
[1]Man Yeong Ha, Savash Yavuzkurt. Combustion of a single carbon or char particle in the presence of high-intensity acoustic fields[J]Combution and Flame.1991.86(1-2):33-46
[2]欧阳绍.声能作用下煤炭燃烧的过程与实验.[J]上海电力学院学报,2000,16(4):1-6.。