高压燃烧室内甲烷预混燃烧过程的数值研究
甲烷燃烧NO_x生成的数值研究
Ｖ０ｌ １ № ． ＿８ ４
Ｊ １２ ０ ｕ ． ０１
甲烷 燃 烧 Ｎ ｘ生 成 的 数 值 研 究 Ｏ
李 建雄 鹿 玉 洁 ，
（ 河 南机 电高等专科 学校 ， １ 河南 新 乡 ４ ３０ ２西安交通大 学 能源 － ５ ０２， ９动力工 程学院， 陕西 西安 ７０ ６ ） １０ １ 摘要： 采用非预 混燃 烧模 型与组分传输 的一步反应模 型， 模拟 了甲烷燃 烧及 Ｎ ｘ的生成 ， 出燃烧温度场、 Ｏ生 Ｏ 得 Ｎ 成情况。模 拟结果表 明 ： 采用非预混燃烧模型模拟 时结果 更接近 实测值 ， 拟更准 确； 模 甲烷扩散燃 烧 时 Ｎ Ｏ产 生 区域 主要集 中在高温 火焰后侧 ， 在前部低温 区基本 没有 Ｎ Ｏ生成 ； 烧 中 ＰＮ 生成 量比 Ｔ Ｎ 燃 －Ｏ —Ｏ量小 两个数 量级 ，
２ ￣ 过量 空气 系数 为 １ ０ 。喷 口布置 型 式是 燃气 喷 ５Ｃ， ．５ ． 口在 中心 ， 围 被 空气 喷 口包 围 ， 样 有 助 于 燃 气 与 ２ １ 两种模 型 的 比较 周 这 对 于碳 氢类 气体 燃 料 ， 由于 其 不含 或 只 含很 微 量 助燃 空气 的 较 好 ｝ 合 。燃 气 与 空气 均 为 四喷 口周 向 ｌ － ｉ 的燃 料氮 ， 料 型 Ｎ ｘ可 以不 予 考 虑 ， 火 焰 中生成 燃 Ｏ 其 均匀 布置 ， 内侧 为 甲烷 喷 Ｉ ， ２ 外侧 为 空气 喷 口， １ 甲烷 喷 Ｏ Ｏ Ｏ 口与空气 喷 口之 问 间距 为 ｌ ｍｍ， 中心 轴 线 之 间距 的 Ｎ ｘ主要是 热力 型 Ｎ ｘ和瞬 时型 Ｎ ｘ甲烷 。 Ｏ 与
初始压力对甲烷_空气预混气体燃烧特性的影响研究
斯的安全存储以及使用提供相应的基础数据。 1 试验系统和条件
如图 1 所示， 试验系统主要由定容燃烧弹及 其配套系统组成。定容燃烧弹为一圆柱体，弹体内 部长度和直径分别为 310 mm 和 305 mm，另有两 个 直 径 为 295 mm（内 径 ）、厚 度 为 50 mm 的 石 英
统模拟了常温常压下煤层气中甲烷含量对其层流 燃烧速度的影响， 发现当量比对层流燃烧速度有 很大的影响[10]。 张红光通过在定容燃烧室内研究
始压力的变化对定容燃烧弹中 燃 烧 压 力 的 影 响 十 分 显 著 ，当 初 始 压 力 为 0.10 MPa 时 ，最 大 燃 烧 压 力 Pmax=0.703
MPa；而在初始压力为 0.16 MPa 时，最大燃烧压力 Pmax=1.42 MPa；随着初始压力的增加，火焰变得愈发的不稳定。
关键词： 安全工程； 定容燃烧弹； 火焰传播速度； 甲烷； 燃烧压力
目前初始压力对甲烷燃烧特性的影响研究主要集中在高压区压力甚至高达数兆帕而且压力变化范围很大间隔01mpa然而在很多情况下燃烧的环境压力相对较低例如一些高空飞行器的燃烧室都在低压下工作因此开展初始压力较低小范围变化环境下的甲烷燃烧特性研究十分必要为天然气瓦斯的安全存储以及使用提供相应的基础数据
第 33 卷 第 9 期 2015 年 9 月
Sn/m·s-1
试验结果显示， 初始压力对火焰传播速度的
影响不是很大。当初始压力较小时，随着初始压力
的增大，火焰的传播速度略有减小；而突变发生在
初始压力为 0.14 MPa 时，火焰的传播速度突然变
大。 这是由于火焰传播速度与初始压力存在下面
的关系：
Sn∝P（n-2）/2
（1）
式中：n 表示总反应级数， 一般轻质碳氢燃料在空
甲烷二次燃烧火焰传播速度的数值模拟研究
利 用 效 率 ，实 现 尽 可 能 完 全 的燃 烧 ，从 而 减 少 尾 气 污 染 ． 然 气 时 ，点 火 延 迟 时 间 减 小 ，火 核 更 加 接 近 燃 料 喷 嘴 ；剑 桥
０ 引 言
氧尾 流 中 ，且受 复国宇航 中心 Ｊｕｌｉａ Ｍ．Ｆｌｅｃｋ等同研 究 了高压 污染 空气
二 次燃 烧 自点火 是 常见热 力设 备和 高速 推进 燃 烧室 （１５ｂａｒ，１１７３Ｋ，２００ｍ／ｓ）来流 下不 同 比例 氢气／天 然气 （ＮＧ）／
第 ３１卷 第 ２期 ２０１８年 ３月
机 电 产 品 开 笈 岛 斩
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆ Ｅｌｅｃｔｒ ｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
文 章 编 号 ： １００２—６６７３ （２０１８）０２—０５２—０３
Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．２ Ｍａｒ．．２０１ ８
甲烷 二 次 燃 烧 火 焰 传 播 速 度 的数 值 模 拟 研 究
史 增 凯 ，席 文 雄 ，金 星 ，张 玉坤
（航 天 工 程 大 学 激 光 推 进 及 其 应 用 国 家重 点实 验 室 ，北 京 １０１４１６）
摘 要 ： 二 次 燃 烧 是 常 见 热 力 设 备 和 高 速 推 进 燃 烧 室 内 的 重 要 现 象 ．但 目前 对 二 次 燃 烧 的 研 究 较 为 匮 乏 。 为 了 研 究 当 量 比 、 甲 烷 添 加 量 对 二 次 燃 烧 自点 火 火 焰 传 播 速 度 的 影 响 情 况 ， 论 文 利 用 ＣＨＥＭＫＩＮ 软件 中火焰速度 反应 器模 拟研 究 了向不 同当量 比 （０．３－０．９）甲烷／空 气一 次燃烧 产物 中添加 不 同量 （摩 尔分数 ０．０２￣０．２４）甲烷 时 的 自点 火 火焰 传播 速 度 研 究表 明 当量 比主 要 是 通过 影 响尾 气 温度 和 一次 燃烧 产 物 中 富余 氧 气来 影响 火 焰传 播速 度 ．而 甲烷 添加 量 会 影响 二 次 燃烧 时局 部 当量 比 ， 局 部 当量 比 在 １附近 时 火 焰 传 播 速 度 最 大
甲烷二次燃烧火焰传播速度的数值模拟研究
甲烷二次燃烧火焰传播速度的数值模拟研究史增凯;席文雄;金星;张玉坤【摘要】二次燃烧是常见热力设备和高速推进燃烧室内的重要现象,但目前对二次燃烧的研究较为匮乏.为了研究当量比、甲烷添加量对二次燃烧自点火火焰传播速度的影响情况,论文利用CHEMKIN软件中火焰速度反应器模拟研究了向不同当量比(0.3～0.9)甲烷/空气一次燃烧产物中添加不同量(摩尔分数0.02～0.24)甲烷时的自点火火焰传播速度.研究表明当量比主要是通过影响尾气温度和一次燃烧产物中富余氧气来影响火焰传播速度,而甲烷添加量会影响二次燃烧时局部当量比,局部当量比在1附近时火焰传播速度最大.%Secondary combustion is a common phenomenon in thermal equipment and high-speed propulsion combustion chamber, but the current studies on the secondary combustion are relatively deficient. In order to study the effects of equivalence ratio and added methane on the flame propagation velocity of secondary flame, this paper simulates the combustion process of secondary combustion at different equivalence ratios (0. 3～0. 9) and different molar fractions of added methane (0. 02～0. 24) by using the flame velocity reactor of CHEMKIN, and achieves the flame propagation velocity. The results show that the equivalence ratio affects the flame propagation velocity mainly through influencing the temperature and remaining oxygen of the primary combustion products. Moreover, the amount of added methane can affect the local equivalence ratio of secondary combustion, and the maximum of flame propagation velocity occurs when the local equivalence ratio is around 1.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2018(031)002【总页数】3页(P52-54)【关键词】二次燃烧;自点火;当量比;火焰传播速度【作者】史增凯;席文雄;金星;张玉坤【作者单位】航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416;航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416;航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416;航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416【正文语种】中文【中图分类】V231.20 引言二次燃烧自点火是常见热力设备和高速推进燃烧室内的重要现象，在能源、材料、推进领域中有着广泛的应用[1～3]。
部分预混燃气热水器燃烧性能的数值模拟和实验研究
部分预混燃气热水器燃烧性能的数值模拟和实验研究随着人们对环境保护的日渐重视,天然气作为一种洁净能源,其开发和利用受到了广泛的关注。
部分预混燃气热水器作为目前燃气热水器的主要形式,对燃气资源的高效利用具有举足轻重的作用。
燃气热水器的效率的提高可以有效节约燃气资源。
燃气热水器燃烧过程中产生的CO和NO_x会对室内外环境造成污染。
因此高效低排放的燃气热水器设计一直是各方关注的焦点。
本文首先根据部分预混燃气热水器的实际尺寸,建立了燃烧器、燃烧室和换热器三个几何模型,建立了燃烧模型,化学反应动力学模型。
利用fluent软件对部分预混燃气热水器进行数值模拟研究。
其次,搭建了部分预混燃气热水器的实验系统,测试了不同水量、不同负荷下部分预混燃气热水器的CO、NO排放和热效率。
实验数据和模拟结果与进行对比,验证了采用数值模拟方法研究部分预混燃气热水器的可靠性。
最后,利用数值模拟研究了一次空气系数、过剩空气系数、大小火孔间距对部分预混燃气热水器CO、NO排放和热效率排放的影响,并且作出了优化改进。
研究结果表明:在过剩空气系数一定的前提下,烟气中NO和CO含量随燃烧器负荷的降低略有减少;在过剩空气系数一定的前提下,一次空气系数在0.5~0.7之间时,烟气中NO含量变化不大,当一次空气系数达到0.8时,烟气中NO含量迅速增大。
在一次空气系数0.6的前提下,烟气中NO含量随着过剩空气系数的增加逐渐降低;烟气中CO含量随着过剩空气系数的增加先快速下降,然后基本不变,在过剩空气系数大于5时,出现小幅回升。
热效率随着过剩空气系数的增加逐渐降低;在一次空气系数、过剩空气系数、燃烧器面积一定时,烟气中NO和CO含量随着大小火孔间距的增加缓慢下降。
对部分预混燃气热水器的设计参数提出了优化,一次空气系数取0.7为最优;过剩空气系数在1.6~2.3之间为较优;大小火孔间距由1.2 mm增加为1.4 mm,CO和NO排放减少。
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。
甲烷／高温烟气稀释空气的Mild燃烧过程的数值研究
（ ｐ． ｆ ｈ ｒ ｌ ｃ． ｎ ｎｒｙＥ ｇ．Ｕｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙｏ ｂｎ ， ｆ ３ ０ ７ Ｃ ｉ ） Ｄｅｔ ｏ ｅｍａ Ｓ ｉ ａ ｄ ｅｇ ｎ ｒ Ｔ Ｅ ， ｉｅｓｙｏ ｉ ｃ ｄ ｃｎ ｌ ｆ ｉａ Ｈｅｅ ２ ０ ２ ， ｈｎ ｔ Ｓｅ ａ Ｔ ｇ Ｃ ｉ ａ Ａ ｓｒｃ ：Ｃ ｍｐｒｄｗｉ ａｉｏ ａ ｆ ｍｅｃｍｂ ｓ ｏ ，ｔ ｄ ｒｔ ＆ ＩｔｎｅＬ ｗ ｙ ｅ ｌｔ ｎ （ Ｌ ）ｃｍｂ ｓ ｏ ｏ ｌ ｒｖｄ ｂ ｔａｔ ｏ ａｅ ｔ ｔ ｄｔ ｎ ｌ ａ ｏ ｕｔ ｎ ｈ Ｍｏ ｅａｅ ｎｅ ｓ ｏ Ｏｘ ｇｎＤｉ ｉ ＭＩ Ｄ ｏ ｕｔ ｎｃｕｄｐｏ ｉｅ ｈｒ ｉ ｌ ｉ ｅ ｕｏ ｉ
Ｍｉ ｏ ｕ ｔ ｎｐｏｅｓ ｈ ｌ ｏ ｕ ｔ ｎｆｒ ｅ ｏ ｇ ａ ｃ ｃ ｌ ｉ ａ ｅｎｓ ｄｅ ｙｏ ｐ ｓｄ ｅ ｆ ｏ ｄｌｅｔ ｉｍｉｔｒ ｌ ｃｍｂ ｓ ｏ ｒｃｓ．Ｔ ｅ ｄ ｍｂ ｓ ｏ ｍ ｄｔ ｕ ｈｇｓ ｅｉ ｕａ ｏ ｈｓ ｅ ｉ ｂ ｐ ｏｅ ｔｏ ｔ ｉ ｎ ｒ ｘｕｅ ｄ ｉ Ｍｉ ｃ ｉ ｏ ｈ ｒ ｒ ｔｎ ｂ ｕ ｔ ｄ ｊ ｓ ｈ ／ ｕ ａ
ｖ ｒｕ ｏ ｄｆ ｅ ｎ ｅ ｉｆｒ ｎ ｉ ｔ ｎａ ｄｐ ｅ ｅ ｔ ｇｌ ｖ ｌ ．Ｔ ｅｃ ｍｐ ｔ ｔ ｎ ｌ ｅ ｕ ｔ ｄ ｃ ｔ ａ ｉ ｏ ｕ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｃ ｕ ｄ ｓ ｔ ｆ ｃ ｅ ｓ ｓｃ ｌ ｌ ｄ ｒ ｆ ｅ ｔ ｌ ｉ ｎ ｒ ｈ ａ ｉ ｅ ｓ ｈ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｓ ｌｓ ｎ ｉ ａｅｔ ｔ ｌ ｃ ｍｂ ｓｉ ｒ ｃ ｓ ｏ ｌ ａｉ ａ — ｕ ｕ ｄ ｅ ｄ ｕｏ ｎ ｅ ｏ ｒ ｉ ｈ Ｍ ｄ ｏ ｓ ｔ ｒ ｙ ｃ ｎ ｏ ｈ ｉ ｈ ｓ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓ ａ ｅｐ ｏ ｌ ｎ ｔ ｅ ｃ ｍｂ ｓｉ ｎ ｆｅｄ ｏ ｉ ｏ ｔ ｌ ｅ ｈ ｇ ｅ ｔｔ ｌ ｒ ｔ ｅ ｅ ａ ｅ ａ ｄ ｈ ａ ｌ ａ ｅｒ ｔ ｒ ｆ ｅｉ ｏ ｕ ｔ ｌ ，ｗｈ ｃ ｏ ｌ ｅ ａ ｍｏ ｅ ｕ ｉ ｒ ｏ ｅ ｎ ｓｔ ｅ ｕ ｒ ｉ ｈ ｏ ｉ ｉｈ ｃ ｕ ｄ ｂ ｒ ｎ ｆ ｍ ｎ ，ａ ｄ ａ ｏ ｈ ｒ ｓ ｌ，ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｌ ｄ ｃ ｅｃ ｎ ｅ ｔａｉ ｎ ｏ ｐ ｌ ｔｎ ｓ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｓ ｆ ｉ ｏ ｕ ｔｏ ｃｕ ｉ ｇ ｌｗｅ ｅ ｓｔ ｉ ｘ ｅ ｎ ｌ ｅ － ｅ ｕ ｔ ｉ ｎ ｆ ａ ｔ ｒ ｕ ｅｔ ｏ ｃ ｎ ｔ ｆ ｏ ｌ ａ ｔ．Ｔ ｅｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉ Ｍ ｌ ｃ ｍｂ ｓｉ ｎ ｉ ｌ ｄｎ ｉ ｙｅ ｈ ｒ ｏ ｕ ｓｃｏ ｄ ｎ ｏ ｒ ｎ ｉ ｖ ｔ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｒ ｓ ｉ ｙｏ ｐ
预混气体在不同多孔介质材料下燃烧的数值模拟
预混气体在不同多孔介质材料下燃烧的数值模拟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。
标签：多孔介质；过滤燃烧；火焰特性0 引言过滤燃烧是自然界以及工程中广泛存在的一种燃烧现象，因其具有燃烧效率高，污染物排放低等一系列的优点，受到国内外学者的广泛关注[1]。
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[2]。
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（Al2O3）、碳化硅（SiC）、氧化锆（ZrO2）三种材料的物性参数，对甲烷/空气预混气体在三种物性参数下燃烧进行数值模拟，并通过与实验对比验证了模型的有效性。
1 多孔介质燃烧模型为方便研究气、固相各自温度场的分布规律，及多孔介质形状对燃烧传播速度的影响，本文直接建立多孔介质固体区模型。
燃烧器直径为90mm，长度选为440mm。
小球填充床的孔隙率为0.41。
选取燃烧器的二维平面，对其进行截面切割。
2 数值模拟结果及分析预混气体在多孔介质堆积床内燃烧的过程，温度特性是极其重要的参数。
Zhdanok[3] 等实验研究，当采用当量比0.27、进口气体速度为0.43时，得到甲烷/空气在5.6mm的氧化铝堆积床内火焰面移动速度为0.2mm/s. 为验证模型的合理性，取入口速度0.43，当量比为0.25得到甲烷空气在6mm的氧化铝堆积床内火焰面传播速度为0.1986mm/s。
甲烷旋流预混燃烧的数值模拟研究
中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：084177甲烷旋流预混燃烧的数值模拟研究杨朝乐，林伟荣，原 鲲*，于溯源清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084(*摘要：本文采用数值模拟手段，对甲烷旋流射流预混火焰进行了研究，重点考察了射流出口旋流数、反应当量比和射流出口速度对火焰形貌，以及NOx 和CO 排放的影响。
研究结果包括：NOx 和CO 的排放随着当量比的降低而下降；旋流可使CO 排放大幅下降，但主要发生在弱旋工况；对于弱旋流火焰，预混射流速度的提高增加了CO 排放，而在中强旋工况下，情况正好相反。
本研究结果为以后的实验设计和开展提供了理论指导。
关键词：预混，旋流，燃烧0 前言随着我国社会经济的快速发展，对包括天然气在内的清洁能源的需求正逐年上涨。
目前我国天然气占一次能源消费比重不到3.5%，尚不足国际水平（25%左右）的1/7。
但年度消费量增长迅速，近年来每年增幅在10%以上。
天然气已经成为一些城市客车的重要交通燃料，也成为北方许多城市冬季采暖的首选燃料。
与燃煤相比，天然气没有二氧化硫和粉尘排放，被称为清洁燃料，但是在氮氧化物（NOx ）减排方面效果有限。
天然气主要成分为甲烷，其燃烧产生的NOx 污染正逐渐引起人们关注。
天然气燃烧产生氮氧化物的机理主要是热力型氮和快速型氮，其中快速型氮的生成过程相对复杂，但热力型氮是最主要的生成产物，而且排放水平和火焰温度高度相关。
采用贫燃料预混火焰，可以大幅度降低火焰温度，从而将NOx 排放控制在很低的水平[1]。
预混火焰越接近贫燃极限，NOx 排放越低。
但是在接近贫燃极限的工况下，如何使预混火焰得到稳定成为问题的瓶颈。
作为一种稳定火焰的方式，旋流燃烧的火焰稳定能力已得到实践检验[2]，传统上还主要用来稳定扩散火焰。
旋流燃烧的主要功能包括：1）在火焰中心形成回流区以实现火焰稳定；2）强化燃气混合以提高燃烧效率；3）缩短火焰长度以节省燃烧室尺寸。
甲烷空气混合气在热氛围燃烧器中自燃特性的数值模拟
甲烷空气混合气在热氛围燃烧器中自燃特性的数值模拟鲁雯;郭雪岩【摘要】以可控活化热氛围燃烧器为计算原型,利用燃烧器形成的热氛围,对喷射的甲烷空气混合气体在热氛围中受热而发生自燃的现象及自燃火焰的稳定性影响因素进行了数值模拟研究.结果表明:相比于射流速度,热氛围温度是影响混合气体自燃稳定性的一个更加重要的因素;在低温范围内,温度的小幅变化会显著改变火焰的起升高度,低温热氛围下火焰起升高度受射流速度的影响程度较大;随热氛围温度的升高,火焰起升高度趋于一个固定值,同时受射流速度的影响程度变小,火焰达到稳定状态.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】7页(P48-54)【关键词】数值模拟;自燃;火焰起升高度;射流速度;热氛围燃烧器【作者】鲁雯;郭雪岩【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】X3820 引言面对节能和环保两方面的严峻形势，世界各国相继制定严格的内燃机排放法规，减少对石油燃料的依赖，积极开发汽车新型代用燃料。
天然气是继煤和石油后的第三大化石能源，具有储备量丰富、成本低、燃烧热值较高，燃烧后所排放的有害物质少等优点，因此被认为是内燃机理想的气体代用燃料。
HCCI(homogeneous charge compressible lgnition, HCCI)是一种结合了传统汽油机和柴油机燃烧技术各自优点的新型燃烧技术，将燃料与氧化剂的均匀混合气体通过压缩引燃，实现了气缸内多点同时自燃，避免了传统汽油机和柴油机燃烧方式中温度分布不均匀及存在局部高温的弊端，不仅提高了燃料燃烧效率，降低了油耗，还大幅度降低了NOx和碳烟的排放。
为适应越来越严格的汽车排放法规，实现超低排放，HCCI天然气发动机成为当今社会研究热点。
天然气的主要成分为甲烷，因此研究甲烷的自燃特性对天然气的HCCI燃烧具有十分重要的意义。
高压燃烧过程的数值模拟研究
高压燃烧过程的数值模拟研究随着工业化进程的发展和技术的不断改进，高压燃烧成为许多领域中的一个重要问题。
高压燃烧是指在高于常压的环境下进行的燃烧过程。
这种燃烧能够提供更强的动力，但同时也带来了更多的复杂性和挑战性。
为了研究高压燃烧，数值模拟已经成为一种非常有用的工具。
数值模拟可以模拟燃烧过程中的复杂流动和化学反应，为研究高压燃烧提供了有效的手段。
在本文中，我们将介绍高压燃烧数值模拟的基本原理和一些最新的研究成果。
一、高压燃烧的特点在高压燃烧中，压力会对化学反应、传热和流动产生严重影响。
首先，压力会增加气体的密度和粘度，改变流动的特性。
其次，压力会导致气体分子之间的相互作用增强，使得反应速率增加。
最后，高压燃烧会产生更多的放热，使得燃烧更为猛烈。
因此，高压燃烧的模拟需要考虑复杂的流动、复杂的反应机理和复杂的传热机制。
二、数值模拟的基本原理数值模拟的基本原理是将燃烧过程分为若干个小时间步，通过数值方法求解流动方程、化学方程和传热方程的数值解。
对于高压燃烧，需要考虑以下几个方面：1.计算域的建立。
首先需要确定模拟的计算域，我们可以将计算域分成一个个小的立方体单元，通过小的单元对整个领域进行离散化计算。
如图所示：2.流动方程的求解。
流动方程描述了流体在燃烧过程中的运动规律，可以通过网格离散化的方法求解。
3.化学方程的求解。
化学方程需要考虑各个物种之间的相互作用以及态方程等多方面因素，可以通过燃烧动力学模型进行求解。
4.传热方程的求解。
传热方程描述了燃烧过程中的能量转移，可以考虑辐射、对流和传导等多种传热方式。
通过对这三个方程的求解，可以得到燃烧过程中的温度、速度、物种浓度场等有用的信息。
三、数值模拟研究进展目前，高压燃烧的数值模拟已经得到了大量研究，以下是一些研究成果：1.高压燃烧的机理研究。
通过研究燃烧过程中的化学反应机理，可以更好地理解高压燃烧的过程和特点。
目前，已经发展出了多种高压燃烧化学反应机理，如GRI机理、LLNL机理等。
甲烷-空气预混火焰稳定特性的实验研究
ｏ ｆ Ｂ ｕ ｎ ｓ ｅ ｎ ｂ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｌａ ｆ ｍｅ ｓ ，ｉ ． ｅ ． ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｓ ｏ ｆ ｌ ｆ ａ ｓ ｈ － ｂ ａ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｂ ｌ ｏ ｗ－ ｏ ｕ ｔ ， ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｏ ｆ ｌ ｆ ａ ｍｅ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ａ ｓ ｈ — ｂ ａ ｃ ｋ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｌ ｉ ｋ ｅ ａ ｐ ａ ｒ ａ ｂ ｏ ｌ ａ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｇ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｔ ｈｅ
ＺＨＡＮＧ Ｗｅ ｉ ， ＬＯＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｔ ａ ｏ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｙａ ｎ ｇ
高温高压下甲烷爆炸极限实验研究
高温高压下甲烷爆炸极限实验研究曾伟平;李自力;李洪波;崔淦;赵翔宇;陈杰;花亦怀【摘要】The initial temperature and pressure have great influence on the explosion limits of methane. With the temperature range from 30 to 150 ℃ and pressure range from 0.1 to 0.9 MPa, the explosion limits of methane under high temperature and high pressure are tested by using the homemade experi-mental facilities. The test results show that the explosion limit range gets bigger along with the pressure increase. The pressure has more influence on the upper explosion limit, while it hardly has any influ-ence on the lower explosion limit; and along with the temperature increase, the explosion limit range also gets bigger, and the temperature has big influence on both the upper explosion limit and the lower explosion limit.%初始温度和压力对甲烷的爆炸极限有较大的影响.利用自行构建的实验装置,在温度范围为30~150℃、压力范围为0.1~0.9 MPa条件下,测试了高温高压下甲烷的爆炸极限.实验结果表明:随着压力的升高,爆炸极限范围变宽,且压力对爆炸上限的影响较大,对爆炸下限几乎无影响;随着温度的升高,爆炸极限范围也变宽,且温度对爆炸上限和下限都有较大影响.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2017(036)005【总页数】4页(P16-19)【关键词】甲烷;爆炸极限;温度;压力【作者】曾伟平;李自力;李洪波;崔淦;赵翔宇;陈杰;花亦怀【作者单位】中海石油气电集团技术研发中心;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;山东省油气储运安全省级重点实验室;青岛市环海油气储运技术重点实验室;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;山东省油气储运安全省级重点实验室;青岛市环海油气储运技术重点实验室;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;山东省油气储运安全省级重点实验室;青岛市环海油气储运技术重点实验室;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;山东省油气储运安全省级重点实验室;青岛市环海油气储运技术重点实验室;中海石油气电集团技术研发中心;中海石油气电集团技术研发中心【正文语种】中文通常情况下，位于爆炸下限与爆炸上限之间浓度范围内的可燃气体与空气混合后具有爆炸性。
多孔介质中预混式燃烧的数值研究
１ 引 言
近年 来 ， 燃 烧 研 究 领 域 中 ， 孔 惰 性 介 质 在 多 （ｏ ｕ ｅｔ ｅｉ，Ｉ 中的燃 烧技 术越 来越 受 到人 ｐｒ ｓｎｒｍ ｄ ＰＭ） ｏ ｉ ａ 们 的青睐 。相对 于 自由火 焰 为特 征 的预混燃 烧 方式
具 有 如下 的优点 ： 燃烧 速 率 高 、 染 物 排 放 低 、 烧 污 燃 器 体积 小 、 结构 紧凑 、 负荷 调节 范 围广 、 烧稳 定 等 。 燃 与气 体 相 比， 隙 率 高 （０ ～９ ％） 多孔 惰 孔 ７％ ｏ 的 性 介 质具有 很 大 的 比表 面积 、 导热 系数 、 热容 量 和热 辐 射力 ， 因此 可 以作 为较 自由空 间更 好 的燃烧 场 ， 实 现 混合 气体 与 多孔介 质之 间 以及燃 烧产 物 与多孔 介
管道内甲烷-空气预混爆炸燃烧的数值模拟
管道内甲烷-空气预混爆炸燃烧的数值模拟
李帆;谭迎新
【期刊名称】《工业安全与环保》
【年(卷),期】2009(035)004
【摘要】在实际生产过程中,有很多情况能使气体燃料与空气混合,达到可燃浓度,此时若有点火源存在,就可能酿成燃烧、爆炸灾害,造成严重的财产损失和人员伤亡.选取甲烷作为研究对象,选用空气作为氧化性气体,对其进行数值模拟.获得了不同时刻爆燃的压力场、温度场、密度场的变化数据,为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据.
【总页数】3页(P28-30)
【作者】李帆;谭迎新
【作者单位】中北大学化工与环境学院,太原,030051;中北大学化工与环境学院,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】X7
【相关文献】
1.湍流状态下竖直管道内甲烷-煤尘预混特征及爆炸过程数值模拟 [J], 李海涛;陈晓坤;邓军;文虎;罗振敏;王秋红;张嬿妮;翟小伟
2.内置障碍物连通容器中甲烷-空气预混气体的爆炸数值模拟 [J], 马峰;蒋军成
3.甲烷/乙烷-空气预混层流燃烧特性试验和数值模拟研究 [J], 汤成龙;张旭辉;司占博;黄佐华
4.燃烧模型对甲烷/空气非预混数值模拟的影响 [J], 张海军;陈永辰;郭雪岩
5.三种盐类超细水雾抑制管道内甲烷-空气预混气爆炸的差异性 [J], 贾海林;翟汝鹏;李第辉;项海军;杨永钦
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当量比对甲烷微燃烧影响的数值研究
当量比对甲烷微燃烧影响的数值研究一、背景介绍大家都知道，甲烷是我们日常生活中常见的能源，像天然气就是以甲烷为主成分的。
那你可能会问，甲烷是不是一直都在燃烧？嗯，也不是。
甲烷燃烧其实是有很多学问的，尤其是在微尺度下的燃烧行为。
微燃烧？这是不是有点高大上？其实不然，微燃烧就是在小范围、低温、低压的条件下，燃料和空气在微小的空间里进行反应的现象。
我们知道，燃烧的效果跟很多因素都有关系，而当量比就是其中一个重要的“搞事情”的因素。
什么是当量比呢？简而言之，它是燃料和空气的混合比例，过多或者过少都会影响燃烧效果。
如果当量比过低，燃烧不完全，浪费能量；如果过高，又容易产生有害物质。
所以，了解当量比对燃烧的影响，尤其是在微燃烧环境下的影响，显得尤为重要。
那么问题来了：当量比到底是怎么影响甲烷的微燃烧的？这就是我们这项研究的出发点。
二、研究目的1.探讨当量比对甲烷微燃烧的影响我们的目标是通过数值模拟，看看不同当量比下，甲烷的微燃烧过程到底是怎么变化的。
是不是当量比越高，燃烧越好？还是有其他的复杂因素影响呢？2.评估甲烷燃烧的效率和排放情况除了关注燃烧的稳定性和效率，我们还特别关心在不同当量比下，燃烧产生的污染物（比如NOx、CO等）会不会大幅变化。
毕竟，燃烧不仅仅是要效率高，还得环保。
3.为微燃烧器的设计提供理论支持理论研究最终目的是要指导实际应用，特别是那些微燃烧器的设计。
只有了解了当量比对燃烧的具体影响，才能优化燃烧器的工作性能，提升能源利用效率。
三、研究方法1.数值模拟的选用既然要研究微燃烧，我们可不能像在大炉子里那样直接实验。
毕竟，微尺度下的燃烧既难控制，又不容易直接观察。
因此，我们采用了CFD（计算流体动力学）方法来模拟当量比对甲烷微燃烧的影响。
通过数值模拟，我们可以在计算机屏幕上“看到”燃烧过程，精准分析各种因素。
2.模型建立与边界条件设置在模拟之前，我们建立了一个简化的甲烷燃烧模型。
模型中的边界条件设置得相对合理，包括进气温度、压力以及气体流速等参数。
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高压燃烧室内甲烷预混燃烧过程的数值研究随着污染问题的日益加重和人类环保意识的逐渐加强,污染物的排放问题成为社会普遍关注的话题。
实现低污染排放是各国当先在燃气轮机研究方面追求的主要目标,因此,优化燃气轮机燃烧室的NOx排放技术,如何在提高燃烧效率的同时兼顾燃烧稳定性和控制燃烧过程中污染物的生成,成为设计及优化燃烧室燃烧技术的重中之重,是人们关注和研究的焦点问题。
本文总结了国内外不同燃烧技术研究,运用数值计算软件Fluent对干式低排放高压燃烧室的燃烧特性进行模拟研究,归纳总结出关于甲烷预混燃烧的一定规律,为燃气轮机燃烧技术的发展打下基础。
本文开展的工作和获得的成果如下:1.使用前处理软件Gambit对模型燃烧室进行建模,为验证模型能否用于高压燃烧的模拟研究,从两方面测试模拟结果的合理性:网格无关性验证和实验值验证。
经测试,网格数量为43万时具有较好的网格无关性,模拟结果和实验数据吻合较好。
2.比较了有限速率/涡耗散模型(FR-EDM)和涡耗散概念模型(EDC)模拟结果的影响,分析了整体温度场、特征直线上的温度分布及NOx生成,结果表明:EDC 模型计算结果的高温区明显大于FR-EDM模型,且EDC模型的NOx高浓度区域更大;3.使用三维数值模拟方法研究了当量比对于对燃烧室燃烧和污染物生成的影响,详细比较分析了燃烧室内整体和特征直线上温度、轴向速度分布、NOx生成和燃烧室出口NOx浓度以及出口温度均匀性等的变化。
分析表明:随着当量比的增大,燃烧室内流场变化较小;温度场变化较大,高温区明显扩大,整体温度上升;燃烧室出口温度不均匀性增大;NOx生成及排放浓度急剧上升。
4.研究了进气温度对于燃烧室内燃烧和污染物生成的影响。
分析了燃烧室特征直线和出口截面上温度场、流场分布、NOx生成。
分析表明:随着进气温度的增大,整体轴向速度略有增加;高温区扩大,中心回流区温度上升;燃烧室出口温度不均匀系数减小;整体NOx摩尔分数上升,NOx排放浓度迅速上升。
经整理归纳得出甲烷预混燃烧的部分基本规律,为干式低排放高压燃烧室的稳定燃烧、低NOx排放提供理论依据,具有较大的实际意义。