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。燃烧室下部装置厚20mm,孔径为1mm的直孔陶瓷板，用以对预混气体进行整流，使预混气体尽量均匀地进入燃烧室燃烧。燃烧室中填充的多孔介质为泡沫陶瓷片（主要成分为SiC）

四、实验系统图：

1 液化石油气；

2 减压阀；

3 ，9 球阀； 4，8 流量计；

5 预混室；

6 燃烧室；

7 流量计； 10 稳压储气罐； 11 空压机

五、实验系统

燃烧器：

燃烧室结构示意图

1 直孔陶瓷板（两片）；

2 均匀孔径多孔介质（图中为四片）；

3 T1-T12 为热电偶（共12个，相互间距10mm）；

4 石英玻璃管

供气系统：实验用燃气为常用液化石油气(丙烷、丁烷体积分数各占36%，64%)。液化石油气经减压阀后进入预混室与空气混合。空气源由空气压缩机供给, 经过稳压罐后进入到预混室。在进入预混室之前, 液化石油气和空气都由玻璃转子流量计监测流量，另用U型管测量空气流量计出口压力，用以测空气流量时的修正。测量系统：实验所选用流量计为燕山仪表总厂生产的LZB-4（量程为25～250L/h，测量燃气流量）和LZB-15（量程为600～6000L/h，测量空气流量）型玻璃转子流量计。实验时需要对流量数据按以下公式进行修正：

QS=QN

PN=1.013×105Pa，TN=293.15K, ρN=1.2046Kg/m3

PS, TS ,ρSN---被测气体在测量时的绝对压力，绝对温度以及被测气体在标准状态下的密度。

Z :气体压缩系数。

燃烧室轴向隔10mm均匀布置12个K型热电偶，通过补偿导线与惠普34970A巡回检测仪相连, 测量燃烧室壁面温度分布。惠普温度采集仪与微机相连，对温度实时采集处理。

六、实验方法和步骤：

实验分别进行自由火焰燃烧和加入不同厚度多孔介质燃烧共五种燃烧工况，具体方案如下：

1) 自由火焰燃烧试验：先把燃气固定在某一流量，然后根据不同的当量比调节空气流量，观察混和气体在燃烧室内的燃烧状况，测量外壁面的温度分布。

2) 放入多孔陶瓷片燃烧试验：先把燃气固定在某一流量（本实验分别为50L/h），然后根据不同的当量比调节空气流量，观察混和气体在燃烧室内的燃烧状况，测量外壁面的温度分布。

实验开始时，从燃烧器顶端出口处点火，实验过程中发现，当燃气流量较大并且空气量小于理论空气量时比较容易着火。当着火以后，调节燃气和空气流量接近理想配比，使火焰尽快稳定下来。等到燃烧面烧到直孔陶瓷板表面时，开始调节燃气和空气流量到试验设定值，按计划做试验。火焰稳定的过程大概要15到30分钟，随着多孔介质厚度的增加，所需的时间会长一些。

实验中，惠普温度采集仪设定为每10秒种采集一组数据。先把燃气流量调节到设定值，然后调节空气流量到设定值，记录调节时候的时间，观察火焰燃烧的状况以及微机上显示的所采集温度的变化，以确定燃烧工况是否稳定。待燃烧稳定后调节流量到下一组设定值继续试验。本实验过程中每一燃烧工况大概在2到5分钟，个别时间会长一些。

实验后，通过对以上所测数据进行比较分析，验证多孔介质在燃烧器中使用的可行性和优越性，并分析实验过程中所出现的问题，寻求最佳的燃烧效果：即既要保证燃气在燃烧室内稳定燃烧又能使燃烧室壁面温度高且分布均匀。七、实验数据与分析：

1）燃烧器外围温度分布

实验用燃气为常用液化石油气(丙烷、丁烷体积分数各占36%，64%)，实验使用燃气的流量为40L/h，计算所需空气理论流量为1.135kL/h。

上图为同一空气流量下，自由燃烧和多孔介质燃烧温度分布对比图。由图可知当空气的流量接近理论燃烧空气流量时，多孔介质燃烧燃烧器外围的温度分布明显高于自由燃烧温度分布。当空气流量为1.0kL/h、1.2kL/h时，空气充足，燃料完全燃烧，故温度明显高于自由燃烧。当空气流量为1.6kL/h时，多孔介质燃烧仍然可以稳定进行，火焰面被空气吹向燃烧器上部，故上部温度高，而此时自由燃烧已经不能够稳定进行，发生了吹熄现象。

2）空气量变化对温度分布的影响

1、空气量变化对自由燃烧温度分布的影响

在自由燃烧过程中，固定燃料量为40L/h，调节空气流量，每次平衡后温度