天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧启动特性

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燃气燃烧方法—完全预混式燃烧

燃气燃烧方法—完全预混式燃烧完全预混式燃烧是一种高效、环保的燃气燃烧方法。

在该方法中，燃料和空气被完全混合，形成理想的燃烧条件，从而实现更充分、更完整的燃烧过程。

下面我们将对完全预混式燃烧做更详细的介绍。

完全预混式燃烧是如何实现的？完全预混式燃烧的实现需要采用一些技术和设备。

首先需要通过一个鼓风机将气体送到燃烧器中，并与空气进行混合。

接着，需要在燃烧器中形成适宜的燃烧区域，以保证燃料能够完全燃烧。

这个过程中，可以采用不同的方式来形成燃烧区域，比如使用喷汽式燃烧器、喷雾式燃烧器等。

在燃烧器内，气体和空气的混合比例需要控制在一个特定的范围内，以确保理想的燃烧效果，并尽量避免产生有害气体。

一些设备可以通过监测气体比例，控制燃料和空气的流量，以实现更精确的控制。

完全预混式燃烧的优点是什么？和传统燃烧方式相比，完全预混式燃烧有一些显著的优势：1. 更高的热效率完全预混式燃烧通过混合燃料和空气，形成更理想的燃烧条件，提高了燃烧效率。

相比之下，传统燃烧往往形成空气过量的燃烧状态，导致了很多热能的浪费。

2. 更低的排放在完全预混式燃烧中，燃烧产生的有害气体很少，几乎可以达到零排放的标准。

这种燃烧方式不仅对环境友好，而且也符合环保法规的要求。

3. 稳定的燃烧状态完全预混式燃烧的燃烧状态相对稳定，可以避免常规燃烧中出现的剧烈燃烧和爆炸现象，更加安全可靠。

完全预混式燃烧有哪些应用？完全预混式燃烧非常适用于许多工业应用，比如发电、钢铁制造、化工等。

在这些应用中，能够使用燃气燃料的设备通常都采用完全预混式燃烧技术，以提高效率、节约能源和减少排放。

此外，完全预混式燃烧也适用于户外烧烤、烤箱等家庭应用。

相比于传统的烧烤方式，采用完全预混式燃烧可以降低烤炉温度、减少烤肉燃烧产生的烟尘和有害气体，更加健康。

总结完全预混式燃烧是一种高效、环保、稳定的燃气燃烧方式。

它通过混合燃料和空气，形成理想的燃烧条件，提高了燃烧效率，减少了有害气体的排放，并且在许多工业和家庭应用中都有广泛的应用。

多孔金属介质全预混式家用燃气(LPG)灶具的实验研究

介质的材料主要可以分为分散颗粒组成的填充床
和整体框架的多孔结构两种Ｊ适用于燃气灶具，的材料为整体框架的多孔结构。整体多孔结构又
包括金属多孔材料（泡沫金属）即和非金属多孔
传统灶具燃烧技术是以自由火焰为特征的，气体的导热性能和辐射性能较差，其燃烧不可避
图１多孔金属介质微观结构
烈地漩涡、分流和汇合，具有非常理想的燃烧学特性。选取的各种不同材质、同孔径的多孑金属不Ｌ
介质如图３及表１所示。
图２普通金属滤网微观结构
综合性能优于其它材料的结论。关键词：多孔金属介质低ＮＯ排放全预混燃烧灶具
前
言
瞬时完成的燃烧，还保证了烟气在高温区停留时
间较短。这些特征有效地抑制了ＮＯ的生成。全
预混燃烧还能实现适量控制过剩空气系数和热负
气体完成换热，将混合气体预热到着火温度。混合气体在流人上端燃烧的过程中在孔隙内部产生强烈的扰动，使燃烧产生的热量迅速以各种形式向外传播，燃烧效率高，燃烧完全，减少了ＣＯ排
放。同时，扰动还使燃烧区域温度保持均匀，产不生局部高温，将最高温度保持在较低的程度。并
免地会有温度分布不均、燃烧区域狭小、污染物排放严重等缺点。多孔介质预混燃烧方式，是全预混的燃气和空气混合物，在一种耐高温、导热性能好的特殊多孔介质材料里的燃烧过程。燃气与空

燃气燃烧方法——部分预混式燃烧

一、部分预混层流火焰产生部分预混层流火焰的典型装置就是本生灯。

这样，在正常燃烧时形成两个稳定的火焰面：内火焰面，即由燃气与一次空气预混合后燃烧而产生。

蓝色的预混火焰锥体出现是有条件的。

若燃气／空气混合物的浓度大于着火浓度上限，火焰就不可能向中心传播，蓝色锥体就不会出现，而成为扩散式燃烧。

若混合物中燃气的浓度低于着火浓度下限，则该混合气根本不可能燃烧。

氢气燃烧火焰出现蓝色锥体的一次空气系数范围相当大，而甲烷和其它碳氢化合物的燃烧火焰出现蓝色锥体的一次空气系数范围则相当窄。

蓝色锥体的实际形状，如图3—5—5，可用管道中气流速度的分布和火焰传播速度的变化来解释。

层流时，沿管道截面上气体的流速按抛物线分布，喷口中心气流速度最大，至管壁处降为零。

静止的蓝色锥体焰面说明了锥面上各点的正常火焰传播速度sn(其方向指向锥体内部)与该点气流的法向分速度vn相平衡，也即对于预混火焰锥面上的每一点都存在以下关系式，通常称为米赫尔松余弦定律：sn=vn=vco sψ (5—5)式中ψ——预混气流方向与焰面上该点法线方向之间的夹角。

余弦定律表明了层流火焰传播速度与迎面来的气流速度在火焰稳定情况下的平衡关系，火焰虽有向内传播的趋势，但仍能稳定在该。

多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值模拟研究共3篇

多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值模拟研究共3篇多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值模拟研究1多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值模拟研究随着经济的飞速发展，人们对能源的需求在不断增加，而石化行业的快速发展也使得空气污染和温室气体排放日益加剧。

燃烧是石化生产中最重要的环节，因此节能降耗、减少环境污染和提高石化生产效率，成为石化行业亟需解决的问题。

多孔介质内的预混燃烧是一种可以实现高效能、低污染的燃烧方式。

多孔介质不仅提供了相对较大的反应表面积和热量交换面积，更重要的是，它可以改善流动场的分布，增强燃烧反应动力学过程中的传质与传热过程，并降低燃料使用量。

因此，对多孔介质内预混气体燃烧的研究成为了当前燃烧工程领域的热点和难点。

实验研究和数值模拟研究是多孔介质内预混气体燃烧研究的关键环节。

通过实验研究，可以获得多种参数的变化规律，了解多孔介质内的燃烧过程，探究燃烧机制。

而数值模拟则可以为实验提供补充，通过数值模拟，可以模拟多孔介质内燃烧的过程，预测多种参量的变化趋势，发现存在的问题并提出解决方案。

因此，实验研究和数值模拟研究是密切相关且缺一不可的。

在实验研究中，我们通常采用测量多种参量的方式，比如温度、燃料和氧气之间的摩尔分数、CO、CO2和NOx等的浓度变化，以及某一位置的速度和压力变化等。

我们可以通过改变多孔介质的孔径、厚度、形状和流向等因素来研究多孔介质内的气体燃烧过程。

同时，我们还可以利用高速摄影技术，观察燃烧时的流动场变化，建立流场模型，了解燃烧机制。

这些实验数据对于验证数值模拟的准确性，同时为未来的多孔介质内预混气体燃烧的优化提供指导。

在数值模拟研究中，我们通常采用CFD（ComputationalFluid Dynamics）方法，利用领域物理和数学数值计算的方法对多孔介质内预混燃烧的流动场和化学反应过程进行计算和分析。

通过数学方法建立多孔介质的几何模型和物理模型，同时划分计算区域，设置初始和边界条件。

气体燃料预混火焰稳定特性及机理研究

气体混合燃料稳燃特性及其在发动机上应用研究李海明（天然气安全燃烧、高效燃烧）Key problems：1.火焰着火极限，稳定极限随燃气输运特征的变化关系；2.气体燃料发动机燃用特征。

Fuels to be measured：NG blended with hydrogen；天然气、氢混合气；Flame: premixed flames，发动机燃烧（湍流火焰）Experimental measurements:1.燃料输运特性对flammability and stabilities(limits of blow off and flash back)影响;可燃性和燃烧稳定性；2.气体混合燃料的发动机燃烧特性比较研究。

Theoretical analysis:1.Correlations of stability limits against flame properties(such as flame speed, diffusion etc.)火焰稳定极限性能的相关性（火焰速度、扩散）2.To study the flammability and stability limits againstthe heat release rates of flames.研究火焰着火极限、稳定性极限随火焰热量的释放变化3.发动机燃烧特征分析（动力性能，经济性，极限燃烧，循环变动）Experimental setups:1.Bunsen burner;本生灯2.McKenna burner;麦克纳燃烧器。

3.Fine thermal couples;精细热电偶4.Gas mass flowmeter气体质量流量计5.Chemkin code (software)；软件目标：Three papers are expected to be published in international Journals (Fuel, int.hydrogen energy fuel etc.在国际性刊物上发表三篇以上文章油系储运的动力装置着手；动力的双燃料；新能源的应用：油料装备新能源的利用，天然气作用军事装备的动力应用。

天然气预混催化燃烧的特性

ＣｈｒｃｅｉｔｃｆＰｒｍｉｅｔｌｔｃａａｔｒｓｉｓｏｅｘｄＣａａｙｉ
ＣｏｕｔｏｆＮａｕｅＧａｍｂｓｉｎｏｔｒｓ
ＷＡｎ，ＨＥＨｏｇＡＩＨｎ－ｉｇＩｅｈｎ，ＸｅＢｎＮＧＨａｇｎ，Ｄｏｇｘｎ，Ｚ－ｏｇｕｉ，ＷＡＧＺｅ－ａｇＨＡｅ— ｎＸｕＮｈｎｙｎ，ＺＯＷ效和高排放的有效途
径之一是催化燃烧．早在２世纪７年代人们已经提００
气、甲烷无氧芳构化和天然气高效、污染催化燃烧低
等．目前，由于我国天然气的利用主要是以其作为能
出了“ 多相催化燃烧过程” ］它具有效率高（Ｏ和未【，１Ｃ
载体上，并进行天然气预混催化燃烧实验．研究了空燃比、功率对催化燃烧尾气排放的影响，结果表明，催化燃烧温
度在５０９０℃时，比、０～０空燃气体流速都会对催化燃烧效果产生影响；当空燃比在８３９时，．～１可实现稳定催化燃
烧；空燃比在Ｉ～１Ｉ９时催化燃烧效果较好，尾气中ＣＯ几乎为零，Ｃ低于１一，Ｏ低于５×１～．Ｈ０ＮＯ关键词：天然气；预混燃烧；催化燃烧中图分类号：Ｔ６ＫＩ文献标志码：Ａ文章编号：１０－７０２０）５０７－４０６８４（０７０．４４０
ＯｔＯ『ｃ．２０７
天然气预混催化燃烧的特性
王亮，何洪，戴洪兴，訾学红，彬，薛王振阳，卫锋赵
（北京工业大学环境与能源工程学院，北京１０２０２）０摘要：制备了１质量比）ｄＡＯ陶瓷蜂窝催化剂，％（Ｖ／ｌ￣＝并用钡、、镧铈等氧化物对其进行改性，后负载在堇青石然

多孔介质燃烧技术

多孔介质燃烧技术多孔介质燃烧技术1 多孔介质燃烧技术加入多孔介质的燃烧器由于对流，导热和辐射三种换热方式的存在，使燃烧区域温度趋于均匀，保持较平稳的温度梯度。

在燃烧稳定的同时还具有较高的容积热强度。

与自由空间燃烧相比，预混气体在多孔介质中的燃烧具有功率密度大，调节范围广，污染物排放低和结构紧凑等优点。

多孔介质预混燃烧特点是燃烧设备的热效率较高，其原因有以下两个方面：①燃气与空气预先充分混合, 在过剩空气很小的情况下也可达到完全燃烧,②由于辐射作用, 多孔介质的高温后部对低温的前部进行加热, 从而达到对未反应的燃气混合物的预热作用, 加快了燃烧速度。

因此对多孔介质传热传质和燃烧的研究具有重大的学术价值，已成为当前最活跃最前沿的研究领域之一。

传统的气体燃料燃烧主要是以自由火焰为特征的燃烧。

这种燃烧需要较大的空间，火焰周围温度梯度大，容易产生局部高温。

当温度高于1500℃时，NOx生成变得明显。

由于NOx的剧毒性，减少其排放也显得非常重要。

传统燃烧器的换热器主要以烟气辐射和对流换热为主，换热系数小。

多孔介质燃烧技术是一种新颖独特的燃烧方式。

其与自由空间燃烧的区别在于：（1）多孔介质的空隙率很大相对于自由空间有较大的固体表面积，因而有较强的蓄热能力；（2）多孔介质的存在使混合气体在其中产生剧烈的扰动，强化了换热。

（3）相对于气体来说多孔介质有较强的导热和辐射能力，可以使预混气体燃烧产生的部分热量从下游的高温区传递到上游的低温区预热未然混合气体，这样就提高了燃烧速率并可使燃料完全燃烧，减少了CO的排放；（4）多孔介质良好的换热特性是燃烧区域温度迅速趋于均匀，保持了平稳的温度梯度，降低了最高温度水平，减少了NOx生成量；（5）辐射燃烧效率最高可达80%-90%，而常规辐射燃烧器对辐射的转换效率充其量为30%，在相同的热负荷下,多孔介质预混燃烧热效率较高，比本生式燃烧节约燃气30-50%。

与自由燃烧相比，多孔介质燃烧具有燃烧速率高、燃烧稳定性好、负荷调节范围大、容积热强度大、燃烧器体积小、燃气适应性好、烟气中污染物排放低、燃烧极限变宽、可燃用热值很低的燃气等优点。

燃气的燃烧种类及特点

燃气的燃烧种类及特点
燃用发热量高的燃气，空气用量大，要使燃气能充分燃烧，需要大量的空气与之混合。

燃气的燃烧过程没有燃油的雾化过程与气化过程。

燃气与空气的混合方式，对燃烧的强度、火焰长度和火焰温度都有很大的影响。

根据混合方式不同，燃气的燃烧方法可分为三种：
1、扩散燃烧
此种燃烧方法即不预先混合，而是在燃气喷嘴口相互扩散，并燃烧。

其优点燃烧稳定，燃具结构简单，但火焰较长，易产生不完全燃烧，使受热面积碳化。

2、预混部分空气燃烧
此种燃烧方式即燃烧前预先将一部分空气与燃气混合（一次空气过剩系数在0.2-0.8之间），然后进行燃烧。

其优点是燃烧火焰清晰，燃烧强化，热效率高。

但燃烧不稳定，对一次空气的控制及燃烧成分要求较高。

燃气燃烧器一般多用此种燃烧方式。

3、无焰燃烧
此种燃烧方式即燃气所需空气在燃烧之前已与燃气均匀混合。

一次空气过剩系数等于燃料完全燃烧时的空气过剩系数，在燃烧过程中不需要从周围空气中取得氧气。

当燃气与空气混合物达到燃烧区后能在瞬间燃烧完毕。

燃气燃烧方法-完全预混式燃烧

编号：SY-AQ-01554( 安全管理)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑燃气燃烧方法-完全预混式燃烧Gas combustion method complete premixed combustion燃气燃烧方法-完全预混式燃烧导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。

在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。

在燃烧之前，将燃气与空气按α′≥1预先混合，然后通过燃烧器喷嘴喷出进行燃烧，这种燃烧方法就称为完全预混式燃烧或无焰式燃烧。

这时，燃烧过程的快慢，完全取决于化学反应的速度。

实际上，因为燃气与空气不再需要混合，可燃混合气一到达燃烧区就能瞬间燃烧完毕。

完全预混燃烧的主要特点有：(1)因为空气和燃气是预先混合，所以空气过剩系数可以小一些，一般为1．02～1．05；(2)燃烧速度快。

容积热强度Qv比有焰燃烧时要大l00～1000倍之多；(3)燃烧高温区比较集中。

而且由于所用的过剩空气量少，所以燃烧温度也比有焰燃烧要高；(4)由于燃烧速度快，燃气中碳氢化合物来不及分解，火焰中的游离碳粒比较少，所以火焰的黑度比有焰燃烧时小，火焰辐射能力较弱；(5)因为燃气与空气要预先混合，所以它们的预热温度不能太高。

原则上不能高于可燃混合气体的着火温度，实际上一般都控制在350～500℃以下；(6)为了防止脱火和发生回火爆炸，烧嘴的燃烧能力不能太大。

进行完全预混燃烧的条件除在燃烧前将一定比例的燃气与空气均匀混合外，还需设置专门的火道或网格等以保持燃烧区稳定的高温。

完全顶混式燃烧的燃烧速度很快，但火焰稳定性较差。

工业上的完全预混式燃烧器，常常用一个紧接的火道来稳焰。

燃气燃烧方法——部分预混式燃烧

编订：__________________审核：__________________单位：__________________燃气燃烧方法——部分预混式燃烧Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.Word格式 / 完整 / 可编辑文件编号：KG-AO-2086-29 燃气燃烧方法——部分预混式燃烧使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。

下载后就可自由编辑。

燃气燃烧时，一次空气过剩系数α′在0～1之间，预先混入了一部分燃烧所需空气，这种燃烧方法称为部分预混式燃烧或大气式燃烧。

一、部分预混层流火焰产生部分预混层流火焰的典型装置就是本生灯。

这样，在正常燃烧时形成两个稳定的火焰面：内火焰面，即由燃气与一次空气预混合后燃烧而产生。

蓝色的预混火焰锥体出现是有条件的。

若燃气／空气混合物的浓度大于着火浓度上限，火焰就不可能向中心传播，蓝色锥体就不会出现，而成为扩散式燃烧。

若混合物中燃气的浓度低于着火浓度下限，则该混合气根本不可能燃烧。

多孔介质中的预混合燃烧

多孔介质中的预混合燃烧多孔介质中的预混合燃烧是一个包含化学反应及导热、对流和热辐射三种换热方式互相耦合的复杂过程。

近30年来，国内外学者对此作过大量的研究。

20世纪70年代初，英国学者Weinberg就提出超绝热燃烧或过焓燃烧的概念，并从理论上预言如果热量从热的产物再循环到冷的反应物流中去，超绝热燃烧就有可能实现。

随后，Weinberg等人通过一系列的理论分析和实验研究表明，基于这种理论的燃烧系统成功地扩展了火焰稳定性和可燃范围，可用来燃烧劣质燃料及低热值混合物，但当时为产生过焓，使用了一些体积庞大、造价高昂的复杂换热器。

尽管如此，由于热量在反应区外循环，除了燃烧温度有所提高外，并未改变复杂的火焰结构。

1979年，Takeno和Sato等提出了一种能改变火焰内部结构的简单而直接产生过焓的方法向火焰内部插入一段导热系数高的多孔材料，使热量在从下游高热区到上游低热区的整个介质内循环，为产生过焓火焰提供了必要的能量反馈。

作者建立了理想气体二元混合物一维单步化学反应模型。

数值计算结果表明：多孔介质过焓火焰最重要的特征是在质量流率提高的情况下，火焰还能正常维持，而且质量流率越高。

根据该文的观点，可以用简单的燃烧装置燃烧低热值的混合物。

由于他们当时提出的模型过于简化，忽略了诸多因素，如辐射、压力扩散、热扩散、外力，还假定固体温度在整个流动和燃烧过程中保持一致，因此无法揭示问题的本质，不能给出有足够说服力的定量研究结论。

1984年Kotani等用小直径的陶瓷管束作为研究对象，建立了数学模型，在模型中提出对气体和固体采用独立的能量方程，这是他们对多孔介质预混合燃烧理论研究的重要贡献。

但是模型中没有考虑辐射作用，而辐射换热在多孔介质预混合燃烧中对火焰位置、火焰温度、燃烧速度等重要参数有很大的影响。

此外，在研究中假定多孔介质的导热系数无穷大，这是不符合实际的。

由于强烈的对流换热，气体与多孔介质沿混合气流动方向上存在温度差，上游侧的多孔介质壁面温度高于下游侧的壁面温度，此温差较大,从而在燃烧室内形成热辐射场。

多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值研究的开题报告

多孔介质内预混气体燃烧的实验和数值研究的开题报告一、选题背景随着国家对环保的要求越来越高，低污染、高效能的燃烧技术受到了越来越多的关注。

多孔介质内预混气体燃烧技术具有燃烧效率高、污染物少等优点，在生产和环保方面的应用广泛。

然而，目前对多孔介质内预混气体燃烧的机理研究尚不深入，需要进一步探究其燃烧过程和机理。

二、研究目的本研究旨在通过实验和数值模拟的方法，研究多孔介质内预混气体燃烧的机理及其影响因素，为该技术的应用提供参考依据。

三、研究内容1. 设计多孔介质内预混气体燃烧实验装置，采用气体分析仪器、热电偶等对实验数据进行采集和处理，探究多孔介质内预混气体燃烧的可燃范围、燃烧速率、温度分布等规律。

2. 建立多孔介质内预混气体燃烧的数值模型，采用ANSYS Fluent等计算软件进行数值模拟和分析，研究燃烧过程及其机理。

3. 探究多孔介质的性质、通量、引燃源等对多孔介质内预混气体燃烧过程的影响。

四、研究意义该研究有助于探究多孔介质内预混气体燃烧的机理及其影响因素，为该技术的应用提供参考依据。

同时，也可以为低污染、高效能的燃烧技术的发展提供参考和借鉴。

五、研究方法本研究采用实验和数值模拟相结合的方法，通过实验数据和数值模拟的结果进行验证和分析，得出多孔介质内预混气体燃烧的规律和机理。

具体方法包括设计实验装置、采集和处理实验数据、建立数值模型、进行数值模拟等。

六、研究预期成果1. 多孔介质内预混气体燃烧的实验数据和数值模拟结果。

2. 多孔介质内预混气体燃烧的规律和机理。

3. 多孔介质的性质、通量、引燃源等对多孔介质内预混气体燃烧过程的影响。

七、研究进度安排1. 完成文献综述和课题立项：1个月。

2. 设计实验装置和进行实验：2个月。

3. 建立数值模型和进行数值模拟：2个月。

4. 数据分析和论文撰写：3个月。

五、参考文献1. Maaz, S., Kothapalli, P., & Chen, C. (2019). Experimental investigation of premixed combustion in porous media. International Journal of Heat and Mass Transfer, 129, 385-393.2. Liu, Z., Wei, C., Jin, L., & Wu, J. (2017). Combustion characteristics of porous media burners using pre-mixed methane/airfor micro gas turbine applications. International Journal of Heat and Mass Transfer, 107, 107-118.3. Jafari Nodoushan, E., & Pourkashanian, M. (2018). Numerical study of premixed combustion of methane-air mixture in porous media. Energy Conversion and Management, 174, 459-469.。

预混气体在不同多孔介质材料下燃烧的数值模拟

模拟的结果与实验的结果能够很好的吻合。模拟结果能够基本准确
最近几年，北方雾霾现象愈发的严重，已经严重影响人们的正
常生产生活。迫切要求加大气体燃料的应用推广。而国内外学者专
家对其中的过滤燃烧的研究涉及到预混燃烧能量的累积效应，火焰稳定性理论、火焰瞬时特性等多个方面】。国内一般只是将多孔介质为一种连续介质，只对热物性参数和流动参数进行设置，无法反应多孔介质的形状特性，不考虑固相介质参数的变化。本文建立二维堆积小球多孔介质气固两相模型。对相同尺寸下的填充床尺寸、小球直径，以及相同的小球分布，选用氧化铝（Ａｌ０）、碳化硅（ＳｉＣ）、氧化锆（ＺｒＯ２）三种材料的物性参数，对甲烷／空气预
工业技术
柬工豢梗术
４
预混气体在不同多孔介质材料下
燃烧的数值模拟
陈鹏飞，史俊瑞，谷聪伟，李楠
（沈阳工程学院辽宁省清洁燃烧发电与供热技术重点实验室，沈阳１１Ｏ１３６）
摘要：为研究预混气体在不同多孔介质材料下的燃烧特性，采有计算流体力学的方法，对甲烷／空气的预混气体，在物性参数不同的固体小球堆积床内气体燃烧进行模拟研究。给出当量比和入口速度等参数对燃烧特性的影响。结果表明，堆积小球的多孔介质中火焰面传播速度数量级在１０－４ｍ／ｓ。在不同的物性参数下，依旧存在，移动速度与当量比成反比，与进气口速度成正比。不同物性参数下，火焰面移动速度差别明显。关键词：多孔介质；过滤燃烧；火焰特性

气体燃料在渐变型多孔介质中的预混燃烧机理研究

气体燃料在渐变型多孔介质中的预混燃烧机理研究为缓解能源结构不合理造成的环境污染问题，我国加快了天然气的使用力度，发展高效、低污染排放的天然气燃烧技术具有非常重要的现实意义。

气体燃料在惰性多孔介质中的燃烧技术在很多方面体现出了其优越性，成为近年来燃烧领域的研究重点之一。

本文以实现高效、稳定燃烧和低污染物排放为目标，研究了多孔介质猝熄直径、孔径、厚度等参数对均匀多孔介质(HPM)中燃烧特性的影响规律；提出了渐变型多孔介质(GVPM)结构优化的设计构想，研究了气体燃料在渐变型多孔介质中的燃烧和流动特性。

对均匀多孔介质中预混火焰的猝熄效应进行了试验研究，发现多孔介质的猝熄直径是多个参数的复杂函数，与混合气体流速、层流火焰传播速度、燃烧室管流雷诺数、预混气体导温系数、当量比、多孔介质固体温度有关。

采用孔径由小到大逐渐变化排列的渐变型多孔介质，可以扩大多孔介质内火焰的猝熄范围，增强燃烧的稳定性。

对均匀型多孔介质中的燃烧稳定性进行了试验研究，得到了均匀多孔介质中回火、脱火或熄火的当量比极限范围；研究了火焰从多孔介质下游外侧进入多孔介质内部或火焰从多孔介质中脱离或熄灭时的气流速度或当量比极限条件；得出了火焰面位置及燃烧温度随当量比和燃烧强度的变化而在多孔介质中移动的规律；同时，在试验中发现了火焰的偏移、分层或分块燃烧现象，从另一方面说明了多孔介质中温度分布均匀和污染物排放降低的原因所在。

进行了泡沫陶瓷孔径、厚度及材质对均匀型多孔介质中的稳态燃烧特性的影响试验研究。

得到了多孔介质孔径对燃烧室温度分布、污染物排放、火焰速度、燃烧稳定性以及多孔介质燃烧器压降(阻力损失)的影响规律和多孔介质层厚度对燃烧器换热特性及阻力特性的影响规律。

均匀多孔介质中燃烧特性的研究为渐变型多孔介质的设计和燃烧特性的研究奠定了基础。

对天然气—空气预混气体在多种渐变型多孔介质中稳态燃烧特性、启动特性、非稳态特性进行了详细研究。

获得了渐变型多孔介质中的温度分布、污染物排放、火焰速度、燃烧稳定性及压降随当量比和燃烧强度的变化特性，并研究了渐变型多孔介质中稳定燃烧的气流速度和当量比极限；通过燃烧室温度分布揭示了渐变型多孔介质中稳态燃烧状况的多样性存在。

天然气发动机燃烧非线性动力学特性及混沌预测控制

02
CATALOGUE
天然气发动机燃烧原理及动力学模型
天然气发动机燃烧过程
天然气进入燃烧室
天然气从供气系统进入燃烧室。
点燃
混合后的气体被点燃，产生火焰。
空气混合
在进入燃烧室之前，空气和天然气进行混合，以确保燃料和空气的均匀分布。
燃烧
火焰传播，完成燃烧过程。
燃烧模型建立
01
02
03
数学模型
基于物理现象建立数学模型，描述燃烧过程中的热量、质量、动量等物理量的变化。
混沌现象具有一些独特的特征，如拓扑结构、分形结构、敏感依赖于初值等。
天然气发动机燃烧混沌特性分析
天然气发动机燃烧过程是一个高度非线性、多变量、强耦合的动态过程，其中包含复杂的化学反应、流动和传热等物理化学过程。
对天然气发动机燃烧过程的混沌特性进行分析，有助于深入理解燃烧过程的内在机制和动态行为，为优化设计和控制提供理论依据。
基于混沌的预测控制算法
基于混沌的预测控制算法是一种将混沌理论应用于预测控制的全
新方法。
该算法利用混沌系统的特性，如敏感依赖于初值、非周期性等，对系统未来行为进行预测和控制
。
基于混沌的预测控制算法具有更高的预测精度和更强的鲁棒性，能够更好地处理具有高度非线性
和不确定性的复杂系统。
控制策略设计与实现
基于非线性动力学理论和混沌理论，提出相应的混沌预测控制策略，以实现对天然气发动机燃烧过程的优化控制。
06
CATALOGUE
结论与展望
研究成果总结
建立了非线性动力学模型，并成功地预测了天然气发动机燃烧过
程。
发现了混沌现象在天然气发动机燃烧过程中的存在，并对其进行

天然气燃烧技术的创新与应用

天然气燃烧技术的创新与应用天然气作为一种清洁、高效的能源，在现代工业和生活中扮演着重要的角色。

为了提高天然气的利用效率和降低环境负荷，各国在天然气燃烧技术方面进行了创新与应用。

本文将探讨几种天然气燃烧技术的创新和应用，并分析其在能源领域的前景。

一、预混合燃烧技术预混合燃烧技术是将天然气与空气事先混合，形成燃气混合物后再进行燃烧。

这种技术可以提高燃烧效率，减少污染物排放。

预混合燃烧技术的创新主要体现在燃烧器的设计和优化上。

比如，采用可调节喷嘴来控制燃气和空气的混合比例，以适应不同负荷和燃烧条件。

此外，采用预混合式燃烧器还可以有效降低氮氧化物（NOx）的生成，从而减少大气污染。

二、微尘燃烧技术微尘燃烧技术是指将天然气与微尘燃料（如煤粉、石油焦等）混合后进行燃烧。

这种技术不仅可以提高燃烧效率，还可以减少污染物排放。

微尘燃烧技术的创新主要体现在燃料的制备和燃烧器的设计上。

比如，采用喷雾燃烧技术可以使燃料充分混合，提高燃烧效率和稳定性。

此外，选择适当的微尘燃料和控制燃烧温度也可以降低污染物的生成。

三、焚烧技术焚烧技术是指将天然气通过燃烧设备进行氧化反应，将有害物质转化为无害物质的方法。

焚烧技术广泛应用于垃圾处理和工业废气处理等领域。

为了提高焚烧技术的效率和降低能耗，研究人员开展了多方面的创新与应用。

比如，采用高温燃烧技术可以加速有害物质的分解和转化。

此外，利用余热回收等方法可以降低能耗和排放。

四、燃气轮机技术燃气轮机技术是一种将天然气燃烧后的高温燃气转化为机械能的技术。

燃气轮机广泛应用于发电、航空等领域。

为了提高燃气轮机的效率和可靠性，研究人员进行了多方面的创新与应用。

比如，采用复合循环技术可以提高燃气轮机的发电效率。

此外，利用先进材料和涡轮设计也可以提高燃气轮机的性能。

天然气燃烧技术的创新与应用对于提高能源利用效率和降低环境污染具有重要意义。

在未来，随着科技的进步和能源需求的增长，天然气燃烧技术将继续得到创新与应用。

燃气燃烧方法——部分预混式燃烧.doc

一、部分预混层流火焰产生部分预混层流火焰的典型装置就是本生灯。

这样，在正常燃烧时形成两个稳定的火焰面：内火焰面，即由燃气与一次空气预混合后燃烧而产生。

蓝色的预混火焰锥体出现是有条件的。

若燃气／空气混合物的浓度大于着火浓度上限，火焰就不可能向中心传播，蓝色锥体就不会出现，而成为扩散式燃烧。

若混合物中燃气的浓度低于着火浓度下限，则该混合气根本不可能燃烧。

氢气燃烧火焰出现蓝色锥体的一次空气系数范围相当大，而甲烷和其它碳氢化合物的燃烧火焰出现蓝色锥体的一次空气系数范围则相当窄。

蓝色锥体的实际形状，如图3—5—5，可用管道中气流速度的分布和火焰传播速度的变化来解释。

层流时，沿管道截面上气体的流速按抛物线分布，喷口中心气流速度最大，至管壁处降为零。

静止的蓝色锥体焰面说明了锥面上各点的正常火焰传播速度sn(其方向指向锥体内部)与该点气流的法向分速度vn相平衡，也即对于预混火焰锥面上的每一点都存在以下关系式，通常称为米赫尔松余弦定律：sn=vn=vcosψ (5—5)式中ψ——预混气流方向与焰面上该点法线方向之间的夹角。

余弦定律表明了层流火焰传播速度与迎面来的气流速度在火焰稳定情况下的平衡关系，火焰虽有向内传播的趋势，但仍能稳定在该点。

另一方面，蓝色锥体焰面上各点，还有一个气流切向分速度，使该处的质点要向上移动。

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