往复式多孔介质燃烧器温度分布的试验研究
往复流多孔介质燃烧器的二维数值模拟与结构改进
中图分类 号 ：Ｔ １ Ｋ６ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ －７０ ２ ０ ）３０８－６ ０６８４ （０ ７０ ２ ００
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往 复流 多孔 介 质 燃 烧 器 的 二 维 数 值 模 拟 与 结 构 改进
多孔介质微燃烧器的试验研究
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摘
要 ：对微 尺度下的氢气／ 空气预混 气在多孔介 质中进行预热燃烧 时的燃烧特性 进行 了试验研究 ， 回热燃烧器 中 在
多孔介质微燃烧器的稳燃范围的数值研究
燃烧科学与技术Journal of Combustion Science and Technology 2017，23(3)：231-235DOI 10.11715/rskxjs.R201605033收稿日期：2016-05-20．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51306129).作者简介：陈金星（1991— ），男，硕士，chenjinxing@.通讯作者：李 君，男，博士，副教授，lijun79@.多孔介质微燃烧器的稳燃范围的数值研究陈金星，李 君，李擎擎(天津大学机械工程学院，天津 300350)摘 要：应用计算流体力学软件Fluent ，对氢气/空气预混气在部分填充多孔介质的微平板燃烧器中的实验现象进行了模拟，研究了多孔介质热导率、壁面热导率、多孔介质孔隙率对稳燃范围的影响．模拟结果表明：稳燃范围的大小与多孔介质热导率呈正相关趋势，较高的多孔介质热导率将会拓宽稳燃范围；随着壁面热导率的增加，稳燃范围与壁面热导率呈V 型比例；多孔介质孔隙率也是影响稳燃范围的一个重要因素，在0.5～0.9的区间内，随着孔隙率的增大，稳燃范围也随之增大．关键词：微平板燃烧器；多孔介质；稳燃范围；数值模拟中图分类号：TK16 文献标志码：A 文章编号：1006-8740(2017)03-0231-05Numerical Study on Stability Limits of Combustionin Micro -Combustors with Porous MediumChen Jinxing ，Li Jun ，Li Qingqing(School of Mechanical Engineering ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China )Abstract ：Based on the experimental phenomena of premixed hydrogen/air combustion in planar micro-combustors partially filled with porous medium ，numerical study was carried out to examine the influence of po-rous medium thermal conductivity ，wall thermal conductivity ，and porosity on stability limits ，using computa-tional fluid dynamics software Fluent ．The results show that stability limits have a positive correlation with porous medium thermal conductivity ，and higher porous medium thermal conductivity will broaden stability limits ．With the increase of wall thermal conductivity ，stability limits will exhibit a V-shaped pattern against it ．Porosity is also an important factor influencing stability limits ．Within the range of 0.5 to 0.9，stability limits will expand gradually with the increase of porosity.Keywords ：planar micro-combustor ；porous medium ；stability limits ；numerical simulation随着微小型科技装备的不断涌现，基于燃烧的微小型动力系统相较于化学电池而言，有着能量密度高、效率高、体积小等优点，日益成为便携式能源的潜在选择．相较于传统燃烧，微燃烧器同时也存在着散热损失大、易于壁面淬熄等不足．因此，实现微尺度下稳定、高效的燃烧，成为现阶段微燃烧研究的重点[1]．目前所知，在燃烧器内填充多孔介质是一种有效的稳燃手段，国内外诸多学者针对填充多孔介质的微燃烧做了广泛研究．Norton 等[2-3]分别研究了甲烷/空气、丙烷/空气预混气在微燃烧器中的燃烧特性与火焰稳定性，数值结果表明，壁面热导率是影响火焰稳燃烧科学与技术 第23卷 第3期— 232 —定性的重要因素．Liu 等[4]对Y 型微燃烧器做了数值研究，结果表明，微燃烧器中填充多孔介质相较于不填充多孔介质可以极大地提升燃烧的混合程度，从而有利于火焰的稳定．Zhao 等[5]的数值结果表明，相较于自由火焰燃烧器，填充多孔介质的微燃烧器具有更广阔的可燃下限、更高的火焰传播速度以及更好的火焰稳定性．Zhong 等[6]实验研究了微型瑞士卷燃烧器中的过焓燃烧，发现瑞士卷型设计可以极大地提升燃烧稳定性，同时拓展了预混气的熄火极限．Pan 等[7]研究发现，微多孔介质燃烧器具有较高的外壁面平均温度，与自由火焰燃烧器相比温度梯度更低．本课题组前期工作中，针对填充多孔介质的微平板燃烧器分别进行了实验研究和数值模拟[8-11]．模拟主要应用Fluent 软件研究了全填充多孔介质微平板燃烧器的火焰位置、火焰速度等燃烧特性．实验过程中，研究对象主要为部分填充多孔介质的微平板燃烧器，探索了燃烧器尺寸、多孔介质填充方式、预混气流速等对回火、吹熄等临界状态的影响，并确定了微燃烧器的稳燃范围．微平板燃烧器主要研究用来作为MTPV 的热源，因此，确定燃烧器的稳燃范围，使得高温区域可以集中在平板壁面而非入口或者出口处，对于MPTV 的研究工作具有指导意义．数值研究相对于实验研究而言，可以在更广泛的范围内针对稳燃范围以及其相应的临界条件做探究．本文应用计算流体力学软件Fluent ，对部分填充多孔介质的微平板燃烧器进行数值模拟，分别考察了多孔介质热导率、壁面热导率、多孔介质孔隙率等物性对微燃烧器的稳燃范围以及临界条件的影响．1 实验平台以及数值模型图1为实验系统装置示意．氢气和空气分别经过质量流量计后进入混气罐，混合后经均流器进入微燃烧器，采用红外测温仪读取外壁面温度．平板型微燃烧器的尺寸为10mm ×1mm ×20mm (不计法兰底座高度)，燃烧器材料选用不锈钢316L ，壁厚为0.5mm ．图2(a )展示了多孔介质在微燃烧器中的填充方式．采用不锈钢316L 丝网作为多孔介质材料，放置于微燃烧器内，多孔介质一端距出口7mm ，一端距入口8mm ．数值计算过程中，采用层流预混燃烧模型，多孔介质热导率为20W /(m ·K )，孔隙率0.87，微燃烧器壁面材料热导率为20W /(m ·K )，发射率0.9．如图2(b )所示，微燃烧器的入口取为速度入口，来流为氢气和空气预混气，未燃预混气温度300K .外界环境温度300K ，微燃烧器与外界之间的对流换热系数为20W /(m 2·K )．法兰底座与燃烧器出口处壁面设为绝热壁面，其余设为非绝热壁面，非绝热壁面的热损失包括与外界环境的对流换热损失和热辐射损失两部分．微燃烧器的出口设为压力出口，出口压力为0.1MPa ．氢气和空气的反应机理由9个组分和19个基元反应组成[12]．图1 实验系统示意微燃烧器的截面长宽比为10∶1，燃烧器内的流动可以近似认为二维流动．考虑到物理模型的对称性，计算中简化为二维对称面．（a ）多孔介质在微燃烧器中的填充方式（b ）微燃烧器数值模型的边界条件(非比例图)图2 数值模型示意(单位：mm )因为不锈钢铁丝网在微燃烧器中的填充方式为陈金星等：多孔介质微燃烧器的稳燃范围的数值研究 燃烧科学与技术— 233 —部分填充，故在铁丝网填充区域采用描述多孔介质的控制方程，其他区域仍为自由空间中的流动和燃烧问题．为简化计算，文中做了如下假设：①稳态燃烧；②惰性多孔介质；③多孔介质各向同性；④忽略多孔介质以及气体的辐射；⑤气体与多孔介质之间存在热 平衡[13-15]．本文应用Fluent 软件进行计算，为了保证计算准确性的同时兼顾计算时间效率，进行了网格独立性验证．分别选用5298节点、14688节点、20198节点3种网格，统一初始流速为2m /s ，当量比0.5，对比不同网格数下计算结果的外壁面温度分布曲线．如图3所示，经过网格独立性验证，14688节点的网格可以较好地满足计算需求．图3 网格独立性验证2 模型验证为了验证模型的准确性，针对部分填充多孔介质的微平板燃烧器进行了如下实验．实验过程中，分别采用u ＝1m /s 、u ＝2,m /s 、u ＝3,m /s 3个入口流速．固定预混气入口流速，调节预混气当量比Φ，依次以0.025的间隔从0.25调整到1.0．每调节一次当量比，待燃烧稳定后，读取微燃烧器的外壁面温度，从而获得壁温峰值在壁面上的位置．然后，仿照实验过程，在Fluent 中进行计算，便可得到模拟条件下的壁温峰值位置分布．图4即为3种入口流速下实验与模拟所得壁温峰值位置分布的对比．可以看出，虽然在某些工况下模拟结果与实验结果存在偏差，但是在壁温峰值点位置分布的变化趋势上，二者具有较明显的一致性，因此认为文中采用的数值模型是可行的．由图4可以看出，固定入口流速后，随着当量比的调节，壁温峰值位置在某两个当量比下分别存在着巨大的突变．依据这两种突变定义以下两种临界条件，分别是脱离多孔介质(Φ1)和吹出多孔介质(Φ2).前者为在固定流速下，当量比高于临界值时，壁温峰值的位置将脱离多孔介质，向法兰处移动并最终稳定于法兰附近；后者为在固定流速下，当量比低于某一临界值时，壁温峰值的位置将脱离多孔介质并向出口处移动．由Φ1与Φ2确定的一段当量比范围定义为稳燃范围，壁温峰值以及壁面高温区域稳定在多孔介质填充区域.（a ）u ＝1,m/s（b ）u ＝2,m/s（c ）u ＝3,m/s图4 壁温峰值点的模拟与实验对比3 结果与讨论本文中微平板燃烧器被设计为MTPV 的热源，当入口流速u ＝1,m /s 时，微燃烧器外壁面温度较低，不利于MTPV 的研究利用．因此，文中只针对u ＝2m /s 、u ＝3m /s 进行了参数化研究． 3.1 多孔介质热导率对稳燃范围的影响对于微平板燃烧器而言，壁面高温区域集中在入口或者出口处，都不利于MTPV 的有效利用．在微燃烧器的中间位置填充多孔介质，可以将火焰稳定在多孔介质区域，多孔介质具有良好的储热功能，从而将燃烧科学与技术第23卷 第3期— 234 —壁面高温区域集中于平板表面，有效扩大微燃烧器的高温表面面积，从而实现提升MTPV 效率的目的．因此，多孔介质热导率(k s )是影响微燃烧器稳燃范围的一个重要因素．从图5可以看到，k s 对Φ1、Φ2的影响不尽相同．一方面，随着k s 增大，Φ1经历短暂的下降后趋于平稳，另一方面，Φ2与k s 呈反比关系，即k s 愈大，壁面高温区域愈容易在低当量比下稳定于多孔介质填充区域．这是因为多孔介质在微燃烧器中主要起储热稳燃作用，随着k s 增大，储热效果也更明显，低当量比的未燃预混气更易于在多孔介质区域燃烧并稳定．整体而言，稳燃范围随着ks 增大而增大．（a ）u ＝2m/s （b ）u ＝3m/s图5 多孔介质热导率对稳燃范围的影响同样，由图5可以看出，u ＝3m /s ，k s ＝2W /(m ·K )时，Φ1、Φ2不存在．计算过程中，在该入口流速与多孔介质热导率设置下，预混气无法在微燃烧器腔内稳定燃烧．可以推测，当入口流速较高时，较低热导率的多孔介质并不能起到稳燃作用，燃烧无法在燃烧器腔内稳定存在． 3.2 壁面热导率对稳燃范围的影响微燃烧器壁面对于燃烧特性主要有两方面影响：一方面高温壁面向上游冷壁面导热，可以有效预热未燃预混气，另一方面壁面与外界环境间存在对流换热损失，热损过大有可能导致熄火．因此，壁面热导率(k w )是影响微燃烧器稳燃范围的另一个重要因素．固定入口流速，微燃烧器的稳燃范围随k w 的变化如图6所示．可以看出，当k w 取值逐渐增大时，临界条件Φ1、Φ2相应地产生V 型变化趋势．当k w 取值范围较小时，如2W /(m ·K )、20W/(m ·K )，高温壁面对上游未燃预混气的预热作用较为明显，Φ1、Φ2随着k w 的增加而降低．当k w 继续增大，如50W /(m ·K )，壁面与外界的对流换热损失逐渐占据主导地位，Φ1、Φ2大幅增加．随着k w 增大，如100W /(m ·K )、200W /(m ·K )，可以看到Φ1、Φ2相继消失，稳燃区间也不存在，即k w 过高时，预混火焰将被吹出微燃烧器，甚至熄火．同时，对比不同流速工况下的结果，可以推测在较高流速下，稳燃范围的临界点Φ1、Φ2更容易消失．（a ）u ＝2m/s （b ）u ＝3,m/s图6 壁面热导率对稳燃范围的影响3.3 多孔介质孔隙率对稳燃范围的影响当入口流速固定时，改变微燃烧器内填充多孔介质的孔隙率ε，多孔介质内的实际流速也会发生相应改变，从而对燃烧器的稳燃范围产生一定影响．图7分别展示了微燃烧器的稳燃范围随ε改变而产生的变化趋势．u ＝2m /s 时，随着ε逐渐增大，多孔介质内的实际流速相应地减小，所以预混气可以在更低的当量比下在多孔介质中稳燃，即Φ2与ε呈反比关系．而Φ1则不同，当ε增至某一数值时，Φ1会保持平稳．u ＝3m /s 时，Φ1、Φ2在ε小于0.7的范围里，有着与u ＝2m /s 时相似的变化趋势．当ε趋近0.8并逐渐升高时，Φ1、Φ2的变化趋势会分别出现转折并逐渐增大．当ε处于0.8～0.9的区间时，微燃烧器具有较为宽广的稳燃范围．（a ）u ＝2m/s （b ）u ＝3m/s图7 多孔介质孔隙率对稳燃范围的影响4 结 论本文对氢气/空气预混气在部分填充多孔介质的微平板燃烧器的稳燃范围进行了数值模拟，分别研究了多孔介质热导率、壁面热导率以及多孔介质孔隙率的影响．(1) 随着多孔介质热导率的增加，Φ1基本没有明显的改变，Φ2与多孔介质热导率呈反比关系，稳燃范围也逐步扩大．(2) 壁面热导率与临界条件Φ1、Φ2呈V 型趋势，随着壁面热导率的增加，Φ1、Φ2会经历一个先减陈金星等：多孔介质微燃烧器的稳燃范围的数值研究 燃烧科学与技术— 235 —小后增大的过程．当壁面热导率过高时，Φ1、Φ2会逐渐消失，稳燃范围也不再存在．(3) 多孔介质孔隙率是影响燃烧器稳燃范围的重要因素，在0.5～0.9的区间内，随着孔隙率的增大，稳燃范围也随之增大． 参考文献：［1］ 范爱武，姚 洪，刘 伟. 微小尺度燃烧[M ]. 北京：科学出版社，2012.Fan Aiwu ，Yao Hong ，Liu Wei. 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多孔介质燃烧器系统设计及实验研究
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉａ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｗａｙ ｏｆ ｂｕｒｎｉｎｇ ｔｈａｔ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇꎬ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ
ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉｕｍｓ ｉｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔꎻ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ＮＯ Ｘ ａｎｄ ＣＯ ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｕｅ ｇａｓ ａｒｅ ｌｏｗｅｒ ｆｏｒ ｓｔａｂｌｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎꎬ ｂｕｔ ｔｈｅｙ ａｌｓｏ
ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ. Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙꎬ ＮＯ Ｘ ｃｏｎｔｅｎｔ ｆｏｒ ＳｉＣ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｏｎｌｙ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｗｏ
第 １９ 卷第 １ 期
材 料 与 冶 金 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ
２０２０ 年 ３ 月
Ｖｏｌ １９ Ｎｏ １
Ｍａｒｃｈ ２０２０
ｄｏｉ: １０ １４１８６ / ｊ ｃｎｋｉ １６７１－ ６６２０ ２０２０ｅ１ ꎬ Ｘｕ Ｘｕｅｃｈｅｎｇ１ ꎬ Ｃｈｅｎ Ｙｕａｎｙｕａｎ１ ꎬ Ｚｈａｎｇ Ｑｕａｎ１ ꎬ Ｚｈｏｕ Ｍｉｎｇ１ ꎬ Ｌｉ Ｂｅｎｗｅｎ１ꎬ２
(１ Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙꎬ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｗｕｈａｎꎬ ４３００８１ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
多孔介质往复流动燃烧的一维数值模拟
多孔介质往复流动燃烧的一维数值模拟
马世虎;解茂昭;邓洋波
【期刊名称】《热能动力工程》
【年(卷),期】2004(19)4
【摘要】建立了往复流动多孔介质燃烧器的一维数学模型 ;在该系统中 ,可燃预混气周期性换向 ,分别从两端流入燃烧器。
假定气相与固相处于局部热平衡状态 ,考虑了辐射换热的影响。
采用有限容积法求解 ,通过大量数值计算研究了主要工况参数 ,如半周期、流速、当量比、热损失、多孔介质衰减系数及其热容对该燃烧系统温度分布和反应特性的影响。
【总页数】5页(P384-388)
【关键词】多孔介质;往复流动;超绝热燃烧
【作者】马世虎;解茂昭;邓洋波
【作者单位】大连理工大学动力系
【正文语种】中文
【中图分类】O643.2
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往复式惰性多孔介质燃烧器的可燃极限及最大半周期
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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。
多孔介质燃烧技术
多孔介质燃烧技术
1. 引言
多孔介质燃烧技术近年来受到了广泛的关注。
通过改变燃料与空气的混合方式，多孔介质燃烧技术可以使燃烧更加均匀、增加燃烧温度、减少氮氧化物的排放等诸多优点。
本文将从多孔介质燃烧技术的基本原理、工程应用和未来发展趋势等方面进行论述。
2. 基本原理
多孔介质燃烧技术的主要原理是通过多孔介质将燃料和氧气进行混合，使得燃烧反应能够更加均匀和完全。
多孔介质可以是陶瓷、金属、陶瓷金属复合物等材料，其中具有许多微小孔隙。
在燃气通过多孔介质的过程中，会形成许多微小的涡旋或者湍流，这种流动能够达到更加均匀混合燃料和氧气的效果。
3. 工程应用
多孔介质燃烧技术已广泛应用于行业燃烧领域中。
例如，多孔介质燃烧技术应用于工业炉、锅炉和燃气轮机等设备中，已经显著提高了燃烧效率和能源利用率。
此外，多孔介质还可以用于燃气汽车发动机和燃料电池等领域，改善了燃料的利用率和减少了污染物的排放。
4. 未来发展趋势
未来，多孔介质燃烧技术将继续得到发展和推广。
目前已经有许多新的研究正在进行，例如将多孔介质应用于高温氧化、蜂窝状多孔
介质燃烧等方面的研究。
此外，多孔介质的材料研究也将得到进一步深入，从而提高多孔介质的性能和适用范围。
5. 结论
总之，多孔介质燃烧技术是一项应用广泛的新技术，在燃气应用和清洁能源方面具有很大的潜力。
通过进一步研究和发展，它将达到更高的效率和更广泛的应用。
多孔介质燃烧实验报告
热工综合试验结课作业多孔介质燃烧实验报告姓名：学号：指导老师：时间：多孔介质燃烧实验报告一、实验名称：多孔介质燃烧试验研究二、实验目的研究可燃气体混合物在耐高温、导热性能较好的多孔介质里的燃烧情况，并且与无多孔介质时加以对比。
通过监测分析燃烧室各处的温度变化来分析多孔介质对燃烧的促进作用。
三、实验背景与技术简介多孔介质中的预混燃烧方式是气体混合物在一种既耐高温、导热性能又好的特殊多孔介质材料里燃烧的过程，燃气和空气充分混合后经预热接近着火温度，然后进入多孔介质燃烧室中进行燃烧。
多孔介质，即由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙构成的介质。
多孔介质是由多相物质所占据的共同空间，也是多相物质共存的一种组合体，没有固体骨架的那部分空间叫做孔隙，由液体或气体或气液两相共同占有，相对于其中一相来说，其他相都弥散在其中，并以固相为固体骨架，构成空隙空间的某些空洞相互连通。
多孔介质是一种具有大孔隙率和光学厚度的透气性固体。
多孔介质的存在使燃料和氧气的接触面积变大，燃烧过程中，多孔介质内气相的燃烧放热、内部导热、对流、传质和固相内部导热、辐射及气、固两相之问的对流换热互相耦合，这种复杂的传热和化学反应过程就构成新颖、独特的燃烧方式。
燃料和氧化剂(氧气或空气)按一定的比例预先均匀混合，再送入燃烧室中进行燃烧的方法称为预混合燃烧。
多孔介质内预混合燃烧是指预混合气体通过颗粒或小球填充床、蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷、毛毡滤芯、金属薄片叠层、纤维膨化结构等多孔介质固体框架缝隙内的燃烧。
多孔介质燃烧优点有很多，相对于气体，多孔介质具有更良好的热交换特性，使燃烧区域温度迅速趋于均匀；相对于自由空间，多孔介质有更大的固体表面积，因而具有很强的蓄热能力。
由于多孔介质的存在，在燃烧过程中，通过各种换热形式，尤其为辐射放热，大部分反应区产生的热量回流有效预热未燃混合气体，使燃烧保持更好的稳定性。
大量的研究表明多孔介质中的预混燃烧可大幅度提高燃烧速率，显著增强火焰稳定性，提高火焰温度，扩展贫燃极限，降低有害污染物的排放量。
预混气体在多孔介质中往复式超绝热燃烧的数值研究
第11卷第3期2005年6月燃 烧 科 学 与 技 术Journa l of Co m busti on Sc i ence and Technology Vol .11No .3Jun .2005预混气体在多孔介质中往复式超绝热燃烧的数值研究杜礼明1,2,解茂昭2(1.中国科学院大连化学物理研究所,大连116023;2.大连理工大学动力工程系,大连116024)摘 要:根据气、固两相局部非热平衡假设,建立了RS CP 系统的二维非稳态数学模型,对于固体能量方程中的辐射源项采用辐射传递的有限体积法求解,研究了当量比、换向半周期、混合气流速对温度分布、辐射热流量和放热率的影响,考察了最高温升和可燃极限与这些参数之间的关联.研究表明,燃烧室内温度呈梯形分布,高温区较宽;气体的最高温度明显高于绝热火焰温度;贫可燃极限显著扩展,对提高燃烧效率和节约能源有重要作用.关键词:多孔介质;预混气体;往复流动;超绝热燃烧;数值研究中图分类号:TK124 文献标志码:A 文章编号:100628740(2005)0320230206Num er i ca l S i m ul a ti on on Rec i proca ti n g Superad i a ba ti c Com busti onof Prem i xed Ga ses i n PorousM ed i aDU L i 2m ing 1,2,X I E Mao 2zhao2(1.Dalian I nstitute of Chem ical Physics,Chinese Acade my of Science,Dalian 116023,China;2.Depart m ent of Power Engineering,Dalian University of Technol ogy,Dalian 116024,China )Abstract:Taking int o account non 2l ocal ther modyna m ic equilibriu m bet w een the por ous media and p re m ixed gases by in 2tr oducing separate energy equati ons for the gas and s olid phases,t w o 2di m ensi onal unsteady mathematical model for reci p r o 2cating superadiabatic combusti on of p re m ixed gases (RSCP )in por ous media has been devel oped in the p resent study .The finite volu me method is app lied t o s olve the radiative s ource ter m in the energy equati on of s olid phase .The influences of the dom inating working para meters,such as equivalence rati o,half cycle and fl ow vel ocity,on the temperature distribu 2ti ons,radiati on flux and heat release rate are discussed .The relati onshi p bet w een the maxi m u m te mperature difference and the para meters are exa m ined and the influence of the parameters on combustible li m it is ascertained .The results show that the te mperature p r ofile inside the combust or has a typ ical trapezoidal shape and the domain of the central p lateau te mpera 2ture al m ost covers half of the combust or;the maxi m u m gas te mperature is re markably higher than the theoretical fla me tem 2perature and the combustible range can be extended obvi ously .It reveals that the RSCP can make an i m pact r ole on energy saving and combusti on efficiency i m p r oving .Keywords:por ous media;p rem ixed gases;reci p r ocating fl ow;superadiabati o combusti on;nu merical investigati on 高孔隙率的多孔介质有很大的热容量和比表面积,是很好的燃烧场和蓄热场,与气体相比,导热系数和热辐射能力也大得多,因而有很好的换热性能.在燃烧室中插入多孔介质,可以显著增强火焰中的传热传质过程,存储大量燃烧热,可以使火焰温度明显超过混合气在自由空间中的绝热火焰温度,这就是所谓的超绝热燃烧[1～3]. 预混合气体以往复流动形式在多孔介质中超绝热收稿日期:2004210208. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50076005). 作者简介:杜礼明(1972— ),男,博士,助理研究员,dul m @dicp.ac .cn .燃烧(RSCP )是近几年发展起来的一项新型多孔介质预混燃烧技术,被认为是当前最有效和最实用的燃烧技术之一.与预混气体单向流动的多孔介质预混合燃烧(P MC )不同,在RSCP 燃烧器中,每隔一定时间(即半周期)燃气和尾气的流向互换.由于混合气进出多孔介质的方向周期性换向,使得分别充当预热器和余热回收器的多孔介质两端的作用也周期性改变,从而可充分利用多孔介质良好的传热性能和蓄热能力,最大限度回收尾气余热,并使燃烧热得到循环利用.实验研究表明,与多孔介质中单向流动的预混合气燃烧相比,RSCP 扩展可燃极限的潜力更大,甚至可以实现燃料的极稀薄燃烧[4].本文研究了当量比、换向半周期、混合气流速等工况参数对温度分布、辐射热流量和放热率的影响,考察了最高温升和可燃极限与这些参数之间的关联,以期对RSCP 机理的研究和新型多孔介质预混合燃烧器的设计起到一定的参考作用.1 数学模型1.1 问题描述 RSCP 的工作原理与系统组成见文献[5]所述,燃烧室为一细长圆柱形结构,可用二维轴对称模型描述.本文将RSCP 系统简化成如图1所示的物理模型,图中多孔介质A 的孔径比多孔介质B 的孔径小得多,目的是阻止“回火”[6].燃烧室的总长度L 0=32c m ,其中L 1=L 0/8,新鲜可燃混合气以室温状态交替从多孔介质两端流入,流动方向每隔一定时间反向一次.图1 RSCP 燃烧器示意1.2 数学模型 多孔介质中气、固相的传热能力有明显差异,气体燃料燃烧释放出来的热量不可能立刻完全传递给固体基质,因此两相之间存在局部温差,即二者处于局部非热平衡状态,应分别建立能量输运方程,并通过两相之间的换热将这两个方程耦合起来.本文引入多孔介质的体积孔隙率ε以描述固相介质的存在和影响.为简化问题,研究中作了4项假设. (1)多孔介质是不可渗透和惰性的,可当作连续介质处理,在燃料燃烧过程中不变形,孔隙率不随空间位置和多孔介质的孔隙结构变化而变化,忽略两种多孔介质之间的接触热阻,不考虑两种多孔介质的结构差异对换热和流体流动的影响. (2)多孔介质为一个各向同性的光学厚介质,可发射和吸收热辐射,忽略漫射,忽略潜在的催化效应,忽略混合气的热辐射. (3)燃料和空气在反应前已充分混合,可以视为理想气体,燃烧反应为一步不可逆化学反应,服从A r 2rehnius 定律,并且火焰不发生畸变. (4)由于流速较低,扩散效应明显强于弥散效应,因此忽略弥散效应;忽略气体热辐射和Duf our 效应的影响. 根据以上假设,建立控制方程. 连续方程: 5(ρg )5t +55x (ρg u )+1r 55r(r ρg v )=0(1) 轴向动量方程: 5(ρg u )5t +55x (ρg uu )+1r 55r (r ρg vu )= -5p 5x +55x (μ5u 5x )+1r 55r (μr 5u 5r )-ΔpΔx(2) 径向动量方程: 5(ρg v )5t +55x (ρg uv )+1r 55r (r ρg vv )=-5p5r+5x (μ5v x )+1r 5r (μr 5v r )-μv r 2-Δp Δr(3) 式(2)和式(3)最后一项表示气体反应流在多孔介质中的压力损失,用Ergun 模型可以描述为-Δp Δx =μc 1u +c 2ρg |u |u -Δp Δr =μc 1v +c 2ρg |v |v (4)式中:c 1和c 2分别表示多孔介质的渗透系数和惰性系数. 气相的能量方程为 5(ρg c p T g )t +5x (ρg c p uT g )+1r 5r(r ρg c p vT g )=55x (λg 5T g 5x )+1r 55r (λg r 5T g 5r)+H (T s -T g )/ε+ΔH c ωF W F (5)式中:H 为多孔介质中气、固两相间的体积换热系数;λg 与c p 分别是混合气的导热系数和质量比热容;右边最后一项表示混合气燃烧放出的热量,其中ωF 为燃・132・2005年6月 杜礼明等:预混气体在多孔介质中往复式超绝热燃烧的数值研究料和氧的摩尔反应速率,ΔH c 为单位质量燃料的燃烧热.根据A rrehnius 定律,单步反应的热效应与详细化学反应的热效应是相同的,此处关心的是燃料的热效应,因此可用单步不可逆总反应来描述其燃烧反应. 多孔介质的能量方程为 5(ρs c p s T s )5t =55x (λs5T s 5x )+1r 55r (λs r 5T s 5r )+ H (T g -T s )1-ε-(5q r x +5q rr)-C w (T s -T 0)(6)式中,C w (T s -T 0)表征燃烧室的热量损失,参照文献[7],取C w =280W /(m 3・K ). 组分守恒方程为 5(ρg m i )t +5x (ρg um i )+1r 5r(r ρg v m i )= 55x (λg L e i c p 5m i 5x )+1r 55r (r λg L e i c p 5m i 5r)-W i ωi(7)式中:L e 是Le wis 数,L e =ρc p D /λg ,D 为组分扩散系数;ωi 为i 组分的摩尔反应速率;W i 为i 组分的分子量. 燃气是预先混合好的甲烷和空气均匀混合物,可以视作理想气体,因此燃烧过程中气体混合物的密度可以根据理想气体状态方程求得.1.3 数值计算方法 对于式(6)中的辐射源项,采用辐射换热的有限容积法(finite volu me method )模型,离散与求解过程以及多孔介质的热物性参数详见文献[8].对计算区域采用有限容积法离散,空间方向上将燃烧室均匀划分为125×25个网格,角空间均匀划分为9×15个网格.对扩散、对流项采用乘方格式,对时间项采用全隐格式,边界条件采用附加源项法处理.燃烧是极快的化学反应现象,相对而言多孔介质中的换热是一个慢过程,它们的耦合使得控制方程组表现出强烈的刚性.为了克服刚性,在每个时间步上控制方程的求解分成两个阶段进行:首先,假定多孔介质的温度分布为定值(由前一次计算得到)求解化学反应项,将算得的热释放加到稳态气体能量方程和组分守恒方程中;然后,步进一个时间步长,计算新时间步长上的气体能量方程和多孔介质能量方程.2 结果与分析 由于本文中模型的边壁条件简单,加之多孔介质是均匀和各向同性的,模拟得到的各参量在燃烧室的径向差异较小,因而选用比较有代表性的轴向的量来描述各工况下RSCP 的热结构和燃烧特性.2.1 燃烧室内的典型热结构及其演化 图2中为稳定燃烧以后,RSCP 系统中任意一个周期内前后半周期末的气、固温度分布和放热率曲线.当量比<=0.15,初始流速u 0=0.1m /s 的甲烷2空气预混合气体在自由火焰中的绝热温度低于700K,由图可知,该工况参数下RSCP 系统(半周期h c =60s )中峰值温度超过1200K,而且高温区很宽,气、固温度分布基本呈梯形或马鞍状,换向前后的轴向温度场基本对称.图3为半周期内4个不同时刻的气体温度分布和放热率,根据温度峰值及最大放热率的位置可以判断RSCP 系统中火焰区周期性往复移动.这是因为对于预混合燃烧,火焰区的位置取决于混合气流速和火焰传播速度的相对大小,二者相等则火焰位置保持不动,若混合气流速较大,则火焰向下游移动,反之向上(a )前半周期末(b )后半周期末图2 RSCP 系统中一个周期内的气、固温度分布及放热率图3 半周期内RSCP 燃烧室中气体温度分布的演化及放热率・232・燃 烧 科 学 与 技 术 第11卷第3期游移动.RSCP系统由于流向的周期性换向,火焰传播速度也周期性往复换向,而该速度一般不等于混合气的流速,因此火焰区作周期性往复移动.与常规燃烧系统相比,这种热结构有利于强化对燃料的预热效果,减少热量损失,提高和均衡燃烧室的温度场.2.2 工况参数对热结构的影响 对于燃烧室尺寸和多孔介质材料确定的RSCP燃烧器,影响燃烧室的热结构和燃烧性能的主要参数是混合气的半周期hc、燃空当量比<和混合气流速u等工况参数.2.2.1 预混合气体流速的影响 图4表示混合气在3种不同流速的温度和放热率分布.由图4可知,流速增大,温度峰值和最大放热率明显升高,火焰区向两端移动,高温区加宽.因为在换向周期不变的情况下,流速增大,进入燃烧室的新鲜混合气的质量流量增加,单位时间内带入体系的热量相应增加.所以,对于极稀薄可燃气体(包括工业废气),为利于燃烧或处理,应以较大的初始流速导入燃烧器中,当然流速也不宜过大.因为多孔介质的蓄热能力(一般以ρsc p s值为量度)是有限的,随着流速的增大,烟气余量未被充分吸收即随烟气排出体系外,烟气出口温度升高,余热回收率降低.另外,流速过大,也使部分燃料有可能来不及参与燃烧就随尾气排出燃烧室.图4 过滤速度对RSCP燃烧室中气体温度分布及放热率的影响(<=0.15,hc=40s)2.2.2 半周期对热结构的影响 图5描述的是气体温度分布及放热率与换向半周期的关系.由图可知,随着换向半周期的增大,反应区和高温区向燃烧室中部移动,高温区变窄,梯形温度分布逐渐变形,出口温度也越来越高,峰值温度稍有降低,半周期增至无穷大,即混合气单向流动时,梯形温度分布形态消失,高温区的宽度变得很窄,导致出口温度很高,意味着热损失明显增大.图中P MC系统中<=0.35,u=0.10m/s.可见,在一定范围内,半周期越短,燃烧室中高温区越宽,温度分布越均匀,从而有利于提高能量利用效率.但从设备使用寿命看又要求半周期越长越好,结构一定的RSCP燃烧室,半周期的选取有一个合理的范围,一般hc=20～100s即可.图5 半周期对RSCP燃烧室中气体温度分布及放热率的影响(<=0.15,u=0.10m/s)2.2.3 当量比对热结构的影响 图6表示气体温度和放热率与甲烷2空气当量比的关系.随着当量比的增大,反应区向两侧移动,高温区显著增宽,温度梯度增大,温度峰值和出口温度明显增大.减小当量比,高温区变窄,<=0.075时,气体温度分布形态呈三角形分布,当量比小于一定值,温度峰值减小至低于最小点燃温度,火焰将熄灭.图6 当量比对RSCP燃烧室中气体温度分布及放热率的影响(u=0.1m/s,h c=40s)2.2.4 壁面热损失对热结构的影响 燃烧系统的绝热性能越好,燃烧热损失就越低,相同工况条件下燃烧室的温度就越高,图7为燃烧室的壁面热损失对气体温度分布的影响.从图中可见,随壁面热损失系数增大,反应区向燃烧室中部移动,峰值温度和高温区的温度普遍降低,轴线中间部位的温度下降尤其剧烈,Cw=140W/(m3・K)时,峰值温度和轴线中间点的温度分别为1253.5K和1202.5K,而C w=560W/(m3・K)时,这两个温度分别为1173.0・332・2005年6月 杜礼明等:预混气体在多孔介质中往复式超绝热燃烧的数值研究K 和1062.5K,高温区的宽度也明显变窄,温度分布形态由较规则的梯形向马鞍形转变.可见,改善燃烧系统的绝热性能对于提高燃烧温度和减少热损失十分重要.图7 壁面热损失对气体温度分布的影响(<=0.15,u =0.10m /s,h c =40s )2.2.5 最高温升与工况参数的关系 RSCP 系统的最大特点之一是利用多孔介质和往复换向装置的共同作用,充分回收尾气余热,降低热量损失,使部分燃烧热得以循环利用,从而可以实现稀薄乃至极稀薄自维持燃烧.图8表示不同当量比的预混合气在自由火焰中的绝热温度、P MC 系统及RSCP 系统(半周期h c =25s )中稳定燃烧时的最大气体温度.由图可知,同一当量比下混合气的峰值温度在RSCP 系统中最高,在P MC 系统中次之,在自由火焰中最低;P MC 系统和RSCP 系统的最高火焰温度都明显高于自由火焰中的绝热温度.这一结果充分显示出多孔介质的蓄热和预热作用,还表明RSCP 系统具有更强扩展贫可燃极限的能力,正是由于往复换向装置的嵌入,进一步强化了尾气余热回收和对预混气体的预热.图8 不同燃烧系统中最高气体温度与当量比关系的比较(u =0.1m /s ) 燃料在燃烧过程中的最高温度与理论燃烧温度之差(即最高温升)可以表征超绝热性能的强弱.图9表示不同半周期下最高温升ΔT 与当量比的关系.由图可知,半周期相同时,当量比越小,最高温升越大,即超绝热效应越明显,同一当量比下半周期小者超绝热效应更明显.自由火焰中甲烷2空气混合气的贫可燃极限一般为<=0.5,而<=0.075的极稀薄甲烷2空气混合气在RSCP 系统中最高温度仍高达1992.5K,最高温升为685.5K (h c =25s ).图9 燃2空当量比对最高温升的影响(u =0.1m /s ) 图10表示最高温升与换向半周期的关系,由图可知,最高温升随半周期增大而缓慢降低,如u =0.3m /s,h c =25s 时,ΔT max =685.5K,而h c =90s 时,ΔT max =619.0K .这是因为半周期越短,从尾气中回收的余热量越多,气、固换热也越频繁,气体的预热效果就更好,从而燃烧室的峰值温度也就越高.根据图11,最高温升随着流速增大而升高.这是因为当量比相同时,混合气的流速越大,单位面积上热负荷越高,燃烧热释放量随之增加,火焰温度升高.图10 换向半周期对最高温升的影响(<=0.15)2.2.6 RSCP 系统的可燃极限 本文研究了半周期分别为15s 和90s 情况下可燃极限与流速的关系,见图11.图中实验数据均取自文献[4],计算与实验中的工况参数、多孔介质的属性参数等都很接近.由图可知,在一定范围内,半周期越大,可燃极限越低.而对于同一半周期,混合气入口流速越大,可燃极限降低,但速度过大时通过燃烧室两端损失的热量迅速增大,可燃极限反而有所升高.图11・432・燃 烧 科 学 与 技 术 第11卷第3期还表明,对于材质相同的多孔介质,在一定范围内孔隙越小,预混合气体在其内的可燃极限也越低.本文中,h c =90s 和h c =15s 时,最低可燃极限分别为<=0.038及<=0.0445,相当于预混气体的低热值分别为104.5kJ /kg 和122.4kJ /kg .单向流动下多孔介质预混合燃烧的贫可燃极限一般为<=0.35左右[9],可见RSCP 技术显著扩展了燃料的贫可燃极限.图11 RSCP 系统中的可燃极限3 结 论 (1)RSCP 系统中反应区周期性往复移动,燃烧室内温度呈梯形或马鞍形分布,而且高温区很宽,这种独特的热结构形态有利于燃料的充分燃烧,从而降低NO x 与CO 排放. (2)流速、当量比和半周期等工况参数对RSCP 系统的温度分布、辐射热流量、最高温升和放热率有重要影响.对于一定RSCP 系统,存在一个最佳工况组合,使燃烧综合性能最高,可燃极限充分扩展. (3)RSCP 技术极大地提高了混合气的燃烧温度,显著扩展燃料的可燃极限,特别是贫可燃极限,使燃料的利用范围显著扩大,为开发低热值燃料和工业废气处理提供了理论依据.参考文献:[1] Jeong Y S,Lee SM ,Ki m N K,et al .A study on combus 2ti on characteristics of superadiabatic combusti on in por ousmedia [J ].KSM E International Journal,1998,12(4):680—687.[2] Zhdanok S,Lawrence A,Koester G .Superadiabatic combus 2ti on of methane air m ixtures under filtrati on in a packed bed [J ].Co m bustion and Flam e,1995,110:221—231.[3] Hana mura K,Echigo R.Superadiabatic combusti on in a por 2ous mediu m [J ].Int J Heat M ass T ransfer ,1993,36(13):3201—3209.[4] Hoff mann J G,Echigo R,Yoshida H,et al .Experi m entalstudy on combusti on in por ous media with a reci p r ocating fl ow syste m [J ].Co m bustion and Flam e,1997,111(1/2):32—46.[5] 解茂昭,杜礼明,孙文策.多孔介质中往复流动下超绝热燃烧技术的进展与前景[J ].燃烧科学与技术,2002,8(6):520—524.Xie Maozhao,Du L i m ing,Sun W ence .Superadiabatic com 2busti on in por ous media with reci p r ocating fl ow:Advancesand p r os pects[J ].Journal of Co m bustion Science and Tech 2nology,2002,8(6):520—524(in Chinese ).[6] Contarin F,Saveliev A V,Frid man A A,et al .A reci p r ocalfl ow filtrati on combust or with e mbedded heat exchangers:Nu merical study[J ].International Journal of Heatand M ass Transfer ,2003,46:949—961.[7] Tri m is D,Durst F .Combusti on in a por ous mediu m 2ad 2vances and app licati ons[J ].Co m bustion Science and Tech 2nology,1996,121(1—6):153—168.[8] 杜礼明.稀薄预混气体在多孔介质中超绝热燃烧的研究[D ].大连:大连理工大学动力工程系,2003.Du L i m ing,I nvestigati on on Superadiabatic Combusti on of Lean Prem ixed Gases in Por ous M edia [D ].Dalian:Depart 2ment of Power Engineering,Dalian University of Technol o 2gy,China,2003(in Chinese ).[9] 吕兆华,孙思诚,裴锦华,等.多孔泡沫陶瓷中预混火焰燃烧速率的试验研究[J ].燃烧科学与技术,1995,1(2):129—134.L üZhaohua,Sun Sicheng,Pei jinhua,et al .Experi m ental study of p re m ixed burning rate within por ous cera m ics[J ].Journal of Co m bustion Science and Technology,1995,1(2):129—134(in Chinese ).・532・2005年6月 杜礼明等:预混气体在多孔介质中往复式超绝热燃烧的数值研究。
多孔介质燃烧实验报告
多孔介质燃烧实验报告班级：08081801学号：0808180122 姓名：黄锦宏指导老师：谭洪一、实验背景：多孔介质，即由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙构成的介质。
多孔介质是由多相物质所占据的共同空间，也是多相物质共存的一种组合体，没有固体骨架的那部分空间叫做孔隙，由液体或气体或气液两相共同占有，相对于其中一相来说，其他相都弥散在其中，并以固相为固体骨架，构成空隙空间的某些空洞相互连通。
多孔介质是一种具有大孔隙率和光学厚度的透气性固体。
多孔介质的存在使燃料和氧气的接触面积变大，燃烧过程中，多孔介质内气相的燃烧放热、内部导热、对流、传质和固相内部导热、辐射及气、固两相之问的对流换热互相耦合，这种复杂的传热和化学反应过程就构成新颖、独特的燃烧方式。
燃料和氧化剂(氧气或空气)按一定的比例预先均匀混合，再送入燃烧室中进行燃烧的方法称为预混合燃烧。
多孔介质内预混合燃烧是指预混合气体通过颗粒或小球填充床、蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷、毛毡滤芯、金属薄片叠层、纤维膨化结构等多孔介质固体框架缝隙内的燃烧。
多孔介质燃烧优点有很多，相对于气体，多孔介质具有更良好的热交换特性，使燃烧区域温度迅速趋于均匀；相对于自由空间，多孔介质有更大的固体表面积，因而具有很强的蓄热能力。
由于多孔介质的存在，在燃烧过程中，通过各种换热形式，尤其为辐射放热，大部分反应区产生的热量回流有效预热未燃混合气体，使燃烧保持更好的稳定性。
大量的研究表明多孔介质中的预混燃烧可大幅度提高燃烧速率，显著增强火焰稳定性，提高火焰温度，扩展贫燃极限，降低有害污染物的排放量。
二、实验目的：研究可燃气体混合物在耐高温、导热性能较好的多孔介质里的燃烧情况，并且与无多孔介质时加以对比。
通过监测分析燃烧室各处的温度变化来分析多孔介质对燃烧的促进作用。
三、实验系统与设备本研究的实验装置结构系统包括燃烧器、供气系统和测量系统三个部分。
燃烧器由预混室和燃烧室组成。
多孔介质燃烧温度场测温方法综述
多孔介质燃烧温度场测温方法综述叶靖;侯根富;戴贵龙;张慈枝【摘要】多孔介质燃烧涉及气固温度、气流速度、燃烧室内压力和燃烧热化学多种因素耦合.燃烧温度场是燃烧特性(热效率、火焰稳定性和污染物排放等)的重要影响因素,现有测温手段难以完整准确地测得燃烧器的温度场.总结多种温度场测量方法(热电偶接触式测量、辐射非接触式测量、新型反演测量方法)特性及其关键技术.针对不同燃烧器的特点,将多种测温方法组合运用,能够提高温度场测量的准确性.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】7页(P28-33,42)【关键词】多孔介质燃烧;温度场测量;热电偶接触式测量;新型反演测量【作者】叶靖;侯根富;戴贵龙;张慈枝【作者单位】福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118【正文语种】中文【中图分类】TK224.11 概述多孔介质燃烧器在多孔介质内部完成燃烧过程，火焰直接加热多孔介质固体骨架，然后通过固体骨架辐射与烟气对流释放燃烧热量。
燃烧释放的热量在加热烟气的同时，烟气通过对流与辐射加热固体骨架使其达到高温状态，固体骨架之间亦进行辐射、导热热量传递。
多孔介质燃烧器具有燃烧速率高、稳定性好、负荷调节范围广、燃烧强度高、燃烧器体积小、污染物排放低、燃烧极限宽等优点，可以实现超绝热燃烧，是公认的极具发展潜力的一种清洁燃烧技术。
由于气固之间温差比较大，多孔介质内部热量传递存在显著的非平衡性，涉及固体骨架之间、气流之间以及气固间的导热-对流-辐射耦合热量传递作用，温度场不均匀，影响机制十分复杂。
然而，燃烧特性(热效率、污染物排放和火焰稳定性)与温度场密切相关。
一方面，强化固体骨架与烟气的热交换强度，能够快速降低烟气温度，降低热力型氮氧化物排放量。
同时通过提高固体骨架温度，提高辐射换热比例，提高燃烧热效率。
多孔介质燃烧器性能的实验研究的开题报告
多孔介质燃烧器性能的实验研究的开题报告一、选题背景随着工业化的发展，燃料的需求量也在不断地增加。
为了更好地利用燃料，提高燃烧效率，减少燃气的排放，燃烧器的设计和优化变得越来越重要。
多孔介质燃烧器是一种新型、高效的燃烧器，它不仅可以提高燃烧效率，还可以降低燃气的排放。
因此，对多孔介质燃烧器进行研究，具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本文的研究目的是通过实验研究，探讨多孔介质燃烧器在不同工况下的燃烧性能，深入了解多孔介质燃烧器的燃烧机理和影响其性能的因素。
通过实验结果，为多孔介质燃烧器的设计和优化提供理论基础和实验依据。
三、研究内容1.多孔介质燃烧器的设计和制备，包括制备多孔介质材料，设计燃气喷嘴等。
2.多孔介质燃烧器的性能测试，包括确定燃料类型、燃烧室温度、氧气含量等参数，在实验室条件下进行多孔介质燃烧器的燃烧性能测试。
3.数据处理和分析，通过实验结果分析多孔介质燃烧器在不同工况下的燃烧性能，深入了解其燃烧机理，为多孔介质燃烧器的设计和优化提供理论依据。
四、研究方法本文的研究方法主要包括实验方法和数据分析方法。
实验方法主要包括利用实验室设备和多孔介质材料等制备多孔介质燃烧器，确定实验参数，进行性能测试等。
数据分析方法主要包括对实验数据进行处理和分析，利用统计方法和图表等进行结果表达和解释。
五、研究意义本文的研究成果可以为多孔介质燃烧器设计和优化提供理论依据和实验依据，较好的解决了多孔介质燃烧器燃烧性能的研究难题。
同时，通过优化多孔介质燃烧器的设计，可以提高燃烧效率，降低燃气排放，节约燃料资源，具有广泛的应用前景和社会经济效益。
六、研究进度安排1.文献综述：4周2.设备准备和多孔介质燃烧器制备：4周3.实验参数设计和数据测试：4周4.数据处理和分析：4周5.论文撰写和修改：4周七、预期成果完成多孔介质燃烧器性能的实验研究，获得关于多孔介质燃烧器性能的实验数据和分析结果，为多孔介质燃烧器的设计和优化提供理论基础和实验依据，获得一篇优秀的学术论文。
多孔介质
0.引言近年来，随着中国经济的迅猛发展，能源和环境问题越来越成为人们关注的重点。
我国经济快速发展需要消耗大量的能源，同时要兼顾环境保护，走人类与自然协调发展的可持续发展道路。
然而我国面临着能源供需矛盾突出、环境污染日趋严重和生态遭到持续破坏等一系列问题。
其中能源供给紧张可能会成为我国经济发展的薄弱环节。
因此，拓宽能源供给渠道、挖掘和开发使用低品位或低热值的能源，同时寻求有利于环境保护的高效洁净燃烧技术，无疑会成为解决上述问题的有力支持。
近年来，许多新的燃烧技术不断涌现，其中多孔介质燃烧技术具有优越的特性和广泛的应用前景。
多孔介质燃烧技术又称PMC(PorousMediaCombustion)技术，是最近十余年国际燃烧领域发展的一种全新的燃烧方式。
相比燃烧时存在局部高温的“有焰”燃烧，这种燃烧没有明火焰，NO，和CO等污染物的生成显著降低(可达70％以上)。
由于整体温度的显著提高和辐射传热的增加，燃烧热利用效率大大提高(有些情况甚至超过50％)。
另外PMC技术对使用低热值(劣质)燃料(高炉煤气、有机废气等)也有明显的优势。
由于集节能、减排、环保于一身，PMC技术被国际燃烧界誉为是2l世纪最有发展前途的燃烧技术，国内哈工大秦裕琨院士的课题组称其为“划时代的燃烧技术”。
目前在日本、德国和美国，PMC技术已成功应用于冶金、机械、化工、陶瓷等行业的一些燃气炉窑上。
鉴于该技术的重要性，国内的重点高校和研究所纷纷开展对该技术的研究，建立了相应的试验台，但是由于缺乏产学研的渠道以及没有解决多孔介质材料的寿命问题，PMC技术目前在国内没有实现工业化。
宝钢研究院于2010年8月在一台2MW功率的加热炉上实现了多孔介质燃烧技术的应用，填补了国内空白。
1.多孔介质燃烧技术的概念气体在多孔介质中的燃烧都可以称为滤过燃烧口，即气体(可燃气体和氧化剂)流过多孔介质孔隙过程中发生的燃烧过程。
按照多孔介质性质及研究重点不同，可以划分为以下几个方向：多孔惰性介质中的燃烧技术、催化性多孔介质中的燃烧技术、可燃多孔介质中的燃烧、多孔介质的燃烧合成或烧结技术等。
多孔介质燃烧技术研究进展及应用
多孔介质燃烧技术研究进展及应用1概述20世纪70年代,英国学者Weinber首次提出超绝热燃烧概念。
多孔介质燃烧是用惰性多孔介质材料取代自由空间,利用其相对于气体而言强大得多的蓄热功能和辐射特性,实现热反馈,即将燃烧产生的热量及尾气中的余热用于加热反应区上游的预混合气,加强火焰中的传热传质过程,从而使燃烧反应大大增强，多孔介质燃烧是用惰性多孔介质材料取代自由空间。
在忽略对外热损失的情况下火焰温度可超过未预热可燃混合气的绝热火焰温度,因此也称为超绝热燃烧（Super-adiabatic Combustion）。
图1 超绝热火焰的形成机理多孔介质燃烧器具有功率大、范围可调、高功率密度、极低的CO和Nox 排放量、安全稳定燃烧、结构紧凑,尺寸大大减小,制造成本低,系统效率较高,消除了额外能耗。
该技术主要包括多孔介质内的预混合气燃烧技术和液体燃料的汽化燃烧技术两部分内容。
2气体燃料在多孔介质中的燃烧气体燃料在多孔介质中的燃烧可以被应用到诸多领域,包括动力工程、化学工艺、生态学、火灾和爆炸的预防等。
实际上,气体在多孔介质中的燃烧又都可以称为滤过燃烧(FiltionCombustion,FC）。
主要包括以下几个方向:多孔惰性介质(PIM)中的燃烧技术,催化性多孔介质中的燃烧技术,可燃多孔介质中的燃烧,多孔介质的燃烧合成或烧结技术等。
2.1天然气在渐变型多孔介质中的燃烧特性试验研究惰性多孔介质中的燃烧。
多孔介质中火焰受限在多孔介质孔隙中,被分成若干个微小火焰,相互制约相互影响,宏观上又表现为均匀的平面火焰。
图2 惰性多孔介质中预混燃烧机理钢瓶额定压力为20MPa,高压天然气经过天然气减压器后通入预混室与空气混合。
由于天然气在减压过程中会出现结露或者结霜现象,导致减压器出口受堵,引起天然气压力和流量波动,不能保证正常供气,所以天然气减压器需要有伴热装。
图3 多孔介质燃烧试验系统燃烧器由预混室和燃烧室组成。
因为燃烧过程天然气与空气当量配比接近1:10 。
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收稿日期:20040311. 浙江大学学报(工学版)网址:/eng 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50176043).作者简介:李昊(1979-),男,山东新泰人,硕士生,从事多孔介质高效洁净燃烧的研究.通讯联系人:程乐鸣,男,教授.E 2mail :lemingc @第39卷第8期2005年8月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal of Zhejiang University (Engineering Science )Vol.39No.8Aug.2005往复式多孔介质燃烧器温度分布的试验研究李 昊,程乐鸣,王恩宇,褚金华,骆仲泱,岑可法(浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027)摘 要:研究了往复式多孔介质燃烧器在热态试验条件下的温度分布,分析了当量比、空截面流速、切换半周期对多孔介质中温度分布的影响,以及切换半周期对燃烧器出口温度的影响.随着系统周期性地运行,多孔介质中的温度呈动态周期性变化.在当量比为0.3～1.4时,随着当量比的增大,多孔介质中的温度先上升后下降.在切换周期和当量比一定时,随着空截面流速的增大,多孔介质中的温度随之升高;在当量比和燃气质量流量保持不变时,随着切换半周期的增大,多孔介质中的温度先升高后降低,最后基本保持不变,而燃烧器出口温度随切换半周期的增大而升高.与单个多孔介质燃烧相比,往复式多孔介质中的温度整体分布较均匀.关键词:往复式燃烧;多孔介质;预混燃烧;温度分布中图分类号:T K223.23 文献标识码:A 文章编号:1008973X (2005)08118405T emperature prof iles of porous media combustor withreciprocating flow systemL I Hao ,C H EN G Le 2ming ,WAN G En 2yu ,C HU Jin 2hua ,L UO Zhong 2yang ,CEN Ke 2fa(S tate Key L aboratory of Clean Energy Utiliz ation ,I nstitute f or T hermal Power Engineering ,Zhej iang Universit y ,H angz hou 310027,China )Abstract :T emperature profiles of premixed natural gas combustion in a porous media combustor with reciprocating flow system were studied experimentally.The effects of equivalent ratio ,on 2off time period of control valve and gas superficial velocity on the temperature profiles were investigated.The on 2off period had strong influence on the exit gas temperature of the combustor.As the combustor system ran periodically ,the temperatures in the porous media varied periodically also.When the equivalent ratio was in the range of 0.3—1.4,the temperature in the porous media increased to a certain level and then decreased with the increase of equivalent ratio.The temperature in the porous media increased with the increase of gas superficial velocity while the equivalent ratio and the on 2off period kept constant.I f the equivalent ratio and the gas flux remained unchanging ,the temperature in the porous media increased with then decreased with the increase of on 2off period and finally reached a certain parison to the single flow combustion showed that the temperature profiles of the reciprocating flow combustion had smoother distribution.K ey w ords :reciprocating flow combustion ;porous media ;premixed combustion ;temperature profile 往复式多孔介质燃烧技术(reciprocating super 2adiabatic combustion in porous media ,RSCP )最早是Hanamura 等人[1]在1993年提出的,又称为多孔介质中往复流动下的超绝热燃烧技术.RSCP 在提高燃烧效率、扩展可燃极限、节约燃料、改善环境以及处理各类垃圾和废弃物等方面具有其他燃烧技术不可比拟的优越性[1～3],与预混气体在惰性多孔介质中的燃烧相比优点更加突出[4,5],目前这种燃烧技术已经开始得到应用[6].国内外在冶金工业炉中应用的高温低氧燃烧(high temperature air combustion ,H T AC )[7]是把RSCP 的原理应用到冶金工业炉中.与RSCP 相比,HATC 仅将多孔介质作为蓄热体,燃烧是在自由大空间完成的,而RSCP 不仅将多孔介质作为蓄热体,而且燃烧也发生在多孔介质中.目前相关研究主要集中在没有换热器或有内置换热器的RSCP 燃烧器[8～10].本文提出的往复式多孔介质燃烧器是基于RSCP 外置式换热器的一种新型燃烧系统,主要研究了往复式多孔介质燃烧器在不同实验条件下系统内的温度分布,为该燃烧系统的设计和运行提供依据.1 试验装置与方法往复式多孔介质燃烧器如图1所示,主要包括换热器、蓄热式多孔介质燃烧室、缓冲箱、电控阀、预混室、质量流量计、空气供给系统、燃气供给系统、烟气测量系统、数据采集系统.图1 试验装置系统图Fig.1 Schematic diagram of experimental system燃气和空气通过质量流量计进入预混室,预混后的气体通过电控阀1进入A 侧往复式多孔介质燃烧室燃烧(电控阀2、3是关闭的),燃烧完成后,经换热器和B 侧多孔介质冷却(B 侧的多孔介质被加热),经电控阀4排出.该流程完成后,通过可编程控制系统将电控阀1、4关闭,同时将电控阀2、3打开.新的燃气和空气通过质量流量计进入预混室,预混后的气体通过电控阀2进入B 侧往复式多孔介质燃烧室燃烧,燃烧后的气体经换热器和A 侧多孔介质冷却后(A 侧的多孔介质被加热)由电控阀3排出.试验中,上述过程不断地重复进行.试验系统中电控阀的开关时间可以预先设定,以控制A 、B 侧实验气体进出燃烧器的时间.试验中定义两组电控阀相互切换的间隔时间为切换半周期,即A 或B 侧单侧燃烧时间.在往复式多孔介质燃烧器中,内芯由刚玉管构成,内径为40mm ,蓄热段高度为80mm ,燃烧段高度为180mm.将孔径为1.0mm 的泡沫陶瓷片填装在燃烧段和蓄热段中,试验中可以通过改变泡沫陶瓷片的片数来改变燃烧段和蓄热段的高度.所用的多孔介质泡沫陶瓷片的主要成分为Al 2O 3,孔隙率为0.82～0.86.采用质量流量计控制燃气和空气的流量,通过调节气体流量可以改变进入燃烧器的实验气体的空截面流速和当量比.试验系统中在A 、B 两侧沿高度方向布置20个热电偶,以测量多孔介质中不同高度处的温度,测点分布如图2所示.图3～6中温度曲线旁的数字对应图2中的测点编号.试验所用燃气为东海天然气,测量其成分如表1所示.图2 测点分布示意图Fig.2 Thermal 2couples distribution along combustor表1 试验用天然气主要成分Tab.1 Major components of experimental natural gas 成 分φ/%成 分φ/%CH 487.93N 2 1.90C 2H 6 6.92O 20.37C 3H 80.26CO 22.622 试验结果与分析试验研究了A 、B 两侧多孔介质中的温度分布随运行时间的变化规律、当量比和预混气体空截面流速对多孔介质中的温度分布的影响,以及切换半周期对多孔介质中的温度分布和燃烧器出口温度的影响.2.1 A 、B 两侧多孔介质中的温度动态分布试验设定两组电控阀的切换时间相同.图3示5811第8期李昊,等:往复式多孔介质燃烧器温度分布的试验研究出了在切换半周期为40s 、燃气体积流量为0.05m 3/h 、燃烧段高度为170mm 、蓄热段高度为80mm 、当量比为0.6的试验条件下,A 、B 两侧多孔介质中的温度θ随着时间t 的动态变化情况.图3 A 、B 两侧多孔介质中的温度动态分布Fig.3 Dynamic temperature profiles of porous mediaat A ,B sides由图3可以看出,随着系统周期性地运行,A 、B 两侧多孔介质中的温度呈现出周期性的变化,虽然各个周期的温度变化幅度不完全相同,但变化趋势基本一致.A 、B 两侧多孔介质中相同高度处的温度基本相同,在最高温度截面附近的温度变化比远离最高温度截面处的温度变化大.在电控阀切换的瞬间,温度会突然下降或突然上升,当预混气体在A 侧开始燃烧时,A 侧多孔介质中的温度突然上升,而此时B 侧多孔介质中的温度突然下降.在同一时刻,一侧的温度发展趋势与对应另一侧的温度发展趋势相反,当A 侧多孔介质中的温度上升时,B 侧多孔介质中的温度反而下降;当A 侧多孔介质中的温度达到最高时,B 侧多孔介质中的温度就下降到最低,反之亦然.如果改变切换半周期的大小,多孔介质中的动态温度分布规律与上述规律一致.但当切换半周期特别小,燃气、烟气转化过于频繁时,燃烧的不稳定性增加,所以切换半周期不能太小;当切换半周期增大到一定程度时,燃烧的往复性能表现不突出,往复式多孔介质燃烧的优点表现不明显,所以切换半周期也不能太大.2.2 当量比对多孔介质中温度的影响当量比是实际燃料、氧化剂的质量比与化学恰好反应时燃料、氧化剂的质量比的比值[11],即过量空气系数的倒数:<=(m F /m O )exp(m F /m O )cal.式中:m F 为燃料的质量,m O 为氧气的质量.当量比是往复式多孔介质燃烧的一个重要参数.当量比对燃烧器燃烧温度、火焰位置以及燃烧极限均产生较大影响[4,5,8,9].试验研究了在不同当量比下,燃烧器的单侧多孔介质中的温度和最高温度截面位置的变化,其结果如图4所示.图4 在不同当量比下多孔介质中的温度分布Fig.4 Temperature profiles of porous media with differ -ent equivalence ratios由图4可以看出,在燃气流量一定、切换半周期保持25s 不变的情况下,当<≈0.5时,多孔介质中的温度最高;当<>0.5时,随着当量比的增大,多孔介质中的温度降低;当<<0.5时,随着当量比的增大,多孔介质中的温度升高.往复式多孔介质燃烧是预混燃烧,燃烧基本发生在多孔介质的微孔中,若当量比过大,燃烧不完全;若当量比过小,过量空气的存在使得预混气体的空截面流速增加,火焰稳定燃烧的难度增大,燃烧质量不好,降低了多孔介质中的温度.因此预混燃气在多孔介质中燃烧,存在一个较佳的当量比.根据图4,在该实验条件下,当<=0.5时燃烧状况较佳.当<<0.5时,随着当量比的增大,过量空气造成的热损失减小,多孔介质中的温度升高,最高温度截面位置沿高度方向下移.当<>1.0时,由图4可知,随着当量比的增加,多孔介质中的温度反而有所降低.因为在这种情况下,燃烧所需的氧气不足,有一部分燃气没有完全燃烧,所以燃烧释放的热量减少,燃烧火焰中心温度降低,多孔介质中的温度也随之降低.从图4还可以看出,在气流流动方向上,在当量比较小(<<0.6)时,随着当量比的减小,多孔介质中的温度变化较大;而在当量比较大(<>0.6)时,随着当量比的增大,多孔介质中的温度变化较小.2.3 空截面流速对多孔介质中温度的影响在切换半周期保持25s 不变、<=0.8的情况下,试验通过增大燃气流量(空气流量同步增大)来增大预混气体空截面流速v ,多孔介质中的温度变化如图5所示.6811浙 江 大 学 学 报(工学版)第39卷图5 在不同空截面流速下多孔介质中的温度分布Fig.5 Temperature profiles of porous media with dif-ferent superficial velocities 由图5可知,随着空截面流速的增大,多孔介质中的温度随着升高,且增加趋势基本相同.随着空截面流速的增加,多孔介质中的最高温度也随着增加,此时整个燃烧器中多孔介质中的温度沿高度方向变化比较平缓.究其原因,在上述条件下,随着燃烧器内空截面流速的增大,燃气量增多,使得燃烧强度随着增大,燃烧产生的热量和多孔介质中的蓄热量也随着增加,所以多孔介质中的温度水平增高;多孔介质中的蓄热量的增加,提高了整个燃烧段的温度,使得多孔介质中的温度沿高度方向变化比较平缓.另外,在切换半周期和燃气量保持不变的情况下,也可以通过增大空气量(当量比减小)来增大预混气体空截面流速,试验结果和图4所示当量比由大到小变化时的温度变化规律相似.2.4 切换半周期对多孔介质中温度的影响切换半周期是往复式多孔介质燃烧器的重要参数,通过改变切换半周期可以使燃气在多孔介质中燃烧和换热的时间受控制地变化.切换半周期越小,表示燃烧进入A、B两侧多孔介质中的转换频率越快.在不同的切换半周期条件下,试验研究了多孔介质中的温度变化,结果如图6所示.可以看出,在燃气量不变、<=0.8的情况下,随着切换半周期τ的增大,多孔介质中的温度升高,在τ=25s时达到最大值,接着温度略有降低,最后基本保持不变.所以此燃烧器的最小切换半周期为5s,最大切换半周期为175s.当切换半周期较小时,预混气体着火困难,无法稳定燃烧;随着切换半周期的增大,预混气体开始逐渐稳定燃烧,多孔介质中的温度逐渐升高;当切换半周期增大到一定值,多孔介质中的温度达到最高;切换半周期过大,蓄热体预热预混气体的能力降低,从而多孔介质中的温度开始下降,最后基本达到多孔介质中的温度不变.对于一定的系统,存在一个较佳的切换半周期,且较佳切换半周期应随着蓄热体蓄图6 在不同切换半周期下多孔介质中的温度分布Fig.6 Temperature profiles of porous media withdifferent on2off periods of control valve热能力的增加而增大.2.5 切换半周期对燃烧器出口温度的影响当燃气流量和当量比保持不变时,随着切换半周期的变化,燃烧器出口温度θ3在半周期内温度的动态变化如图7所示.可以看出,从电控阀换向开始,一侧开始燃烧,出口温度开始不断上升,直至电控阀换向结束,此时出口温度达到最高.图7 在不同切换半周期下燃烧器出口温度变化Fig.7 Temperature profiles of output gas withdifferent on2off periods of control valve随着切换半周期的增大,燃烧器出口温度升高;当切换半周期增大量相同时,随着切换半周期的增大,燃烧器出口温度增大的幅度随着增大.切换半周期越大,燃烧后气体与多孔介质的换热时间越长,由于多孔介质的蓄热能力有限,多孔介质的换热能力相对越来越弱,出口温度因而越高.相反,切换半周期越短,燃烧后气体与多孔介质的换热效果越好,出口温度越低.3 往复式多孔介质燃烧与单个多孔介质燃烧的动态温度对比试验 单个多孔介质燃烧(one2way flow combustion, OWFC)[10]是往复式多孔介质燃烧仅在A或B一侧的燃烧,是往复式燃烧切换半周期无限大的情况(试验中没有电控阀切换).7811第8期李昊,等:往复式多孔介质燃烧器温度分布的试验研究为了比较往复式多孔介质燃烧器在稳定运行后的动态温度分布和单个多孔介质燃烧时的动态温度分布,进行了燃气体积流量为0.05m 3/h 、<=0.8、τ=40s 的往复式多孔介质燃烧与同燃气体积流量和当量比下单个多孔介质燃烧的对比试验,结果如图8所示.11～15表示往复式多孔介质燃烧测点11～15的温度变化曲线.11″～15″表示单个多孔介质燃烧测点11～15的温度变化曲线.图8 往复式多孔介质燃烧与单个多孔介质燃烧的动态温度分布比较Fig.8 Dynamic temperature profiles of porous mediawith RSCP and OWFC由图8可以看出,在当量比和燃气流量保持不变的情况下,往复式多孔介质燃烧的多孔介质中的温度分布(用点表示)相对单个多孔介质燃烧(用实线表示)来说比较均匀,多孔介质中的最高温度高于单个多孔介质燃烧的最高温度,出口温度低于单个燃烧的出口温度.往复式多孔介质燃烧的多孔介质中的温度随着系统的周期性运行,温度也发生周期性的变化,而单个多孔介质燃烧的多孔介质中的温度随着时间没有周期性变化,变化相对较大.在往复式多孔介质燃烧中,多孔介质既是蓄热体,也是燃烧空间的提供者.由于往复式流动,蓄热体预热预混气体的作用得到了加强,使得往复式燃烧温度高于单个多孔介质中的燃烧温度,随着气流与多孔介质的周期性的换热,其温度发生周期性波动;多孔介质蓄热体的存在,使得温度分布更加均匀.烟气排出之前,经过并加热了蓄热体,同时烟气的温度降低,使得出口温度低于单个多孔介质燃烧的出口温度.4 结 论在往复式多孔介质燃烧器上进行了热态的实验研究,在不同的当量比、切换半周期、预混气体空截面流速下,试验研究了在往复式多孔介质燃烧下多孔介质中的温度分布,得出如下结论.(1)随着系统周期性地运行,多孔介质中的温度出现动态周期性的变化.在同一时刻,往复式多孔介质燃烧器两侧的温度变化是相反的,相同高度截面的多孔介质中的温度基本相同.(2)在当量比<<0.5时,随着当量比的增大,多孔介质中的温度上升;当<>0.5时,随着当量比的增大,多孔介质中的温度下降;在该实验条件下,当<=0.5时,燃烧较佳.(3)在切换周期和当量比一定时,随着空截面流速的增大,多孔介质中的温度升高,且沿着高度方向温度变化趋于平缓.(4)在燃气量和当量比保持不变时,随着切换半周期的增大,多孔介质中的温度先升高后降低,最后基本保持不变.(5)在燃气量和当量比保持不变时,在适当的切换半周期内,随着切换半周期的增大,燃烧器出口温度升高.(6)对往复式多孔介质燃烧和单个多孔介质燃烧进行比较发现,往复式多孔介质燃烧的温度分布更均匀,出口温度更低.参考文献(R eferences):[1]HANAMU RA K ,ECHIGO R.Superadiabatic combus 2tion in a porous medium [J ].I nternational Journal of H eat Mass T ransfer 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:[s.n.],2003:977982.(下转第1228页)度.对于预应力梁,为了准确计算梁中的有效压应力,不仅需要考虑跨中截面(正弯矩区)的有效翼缘宽度,而且还需要考虑支座截面(负弯矩区)的有效翼缘宽度.跨中截面和支座截面的有效翼缘宽度有一定差别,应取不同的值.(2)通过对板面两个方向应变分布特性的研究,发现空心板存在明显的双向弯曲作用,简单的将空心板等效横管方向的单向板将导致较大误差.(3)本文还推导了根据主梁的跨中弯矩比来确定楼面荷载双向分配的计算公式,并根据试验结果对楼面荷载传递规律进行了研究,发现主梁和板内预应力的存在大大改变了板面荷载的传递过程.另外,无论空心板梁楼盖有无预应力筋,其荷载的分配规律并不按普通实心板的45°线分配,而是取决于顺管方向和横管方向的刚度以及双向主梁的刚度.参考文献(R eferences):[1]黄勇,江绍飞.钢筋混凝土空腹夹层板楼盖体系的研究与应用[J].建筑结构学报,1997,18(6):5564.HUAN G Y ong,J IAN G Shao2fei.Study and application of vierendeel2sandwich2p1ate floor framing in multistoried and tall building[J].Jou rnal of B uilding Structu res,1997,18(6):5564.[2]张会斌,张昀青.一种新型楼盖体系的工程应用[J].建筑技术开发,2002,29(6):1827.ZHAN G Kuai2bin,ZHAN G Yun2qing.A new style slab used in project[J].Building T echnique Development, 2002,29(6):1827.[3]肖建春,马克俭.剪力键式双向空心大板的分解刚度法[J].贵州工业大学学报,1997,26(4):2435.XIAO Jian2chun,MA Ke2jian.The method of split rigidities for analysis of shear blocks dowelled bi2 directional hollow plates[J].Journal of G uizhou U niversity of T 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