火焰面预混燃烧燃烧波蓄热特性毕业设计论文 ㊣ 精品文档 值得下载

。

确定流体的材料物性。

确定边界类型及边界条件。

设置计算控制参数。

流场初始化。

求解计算。

保存计算结果，进行后处理。

本文采用二维双温度模型模拟了甲烷空气预混合气体的预混燃烧过程，在初始化之前需在多孔介质固体区域创建个的高温区域，以点燃混合气体，然后再进行初始化及迭代进程。

本文设置的高温区域范围如下表高温区域设置本文的迭代条件如下图图迭代条件设置模拟的部分过程和得到的些模拟结果如图至所示图迭代过程图时温度分布云图图时压力分布云图图时速度分布云图图时组分分布云图本章小结本章主要对平台的使用方法和过程进行了简单整理，包括平台的建模网格划分及边界条件的设置，以及平台的求解迭代运算过程，同时通过迭代得到了小球堆积型多孔介质燃烧器甲烷空气预混燃烧模型的压力分布燃烧波速度分布温度分布组分分布等图像。

小球堆积型多孔介质燃烧器特性结果分析整体温度分布多孔介质堆积床中气相及固相的温度分布是反映燃烧器的燃烧与传热特性图，，时间间隔的温度分布云图最根本的参数，图给出当量比为，入口速度为时，多孔介质堆积床点火后的气固相温度分布云图，其时间间隔为秒。

若将火焰面定义为可燃气体发生剧烈化学反应的区域，则可用温度较高的区域表示燃烧的火焰面。

由图可以看出，燃烧区最高温度维持在左右，没有大幅度波动，通过计算燃烧波波速约为，高温区呈向下游移动的趋势，此种现象与实验结果十分吻合。

同时，在燃烧初期火焰面较窄，火焰前缘接近于平面，随着燃烧的进行，火焰前缘逐渐呈现二维抛物形状，这是因为由于壁面粘性的存在，使气流速度在近壁面处流速较低，而中间区域不受壁面粘性的影响流速较高，因此径向温度中心高，两边低，呈现抛物线型。

同时随着时间的推移，燃烧火焰面厚度逐渐扩宽，这主要是因为固体拥有比气体大得多的热容量，多孔介质固体小球具有很强的蓄热能力，因此化学反应的部分热量不断的累积在多孔介质中，导致高温的区域扩大，但由于燃烧不断向下游传播，因此燃烧区最高温度变化不明显。

压力分布特性图多孔介质内气相压力场分布流体流体在管内流动由于克服摩擦力粘性力以及克服湍流中质点间相互碰撞并交换动量而引起了能量损失，这种能量损失表现为压力损失，即压力降，在多孔介质燃烧器中，压力降不容忽视。

等人通过对堆积床的流动研究总结出压力降是由气体的粘性阻力损失引起，压力的变化与粘性阻力损失的变化成正比。

等人研究表明在堆积床内，容器直径与小球直径之比在与这两个值时，燃烧器内的压力降变化不大。

图为在当量比，入口流速，从开始，时间间隔为工况下的压力变化图，压力单位为。

由图中可以看出由于混合气体在多孔介质内流动，其流道为微小孔隙，并且由于多孔介质的比表面积非常大，因此压力变化非常明显，在轴向方向压力降为左右，由于壁面对流动的影响较小，因此径向方向压力变化不大。

混合气体的流速越大，燃烧器内的压力变化越大，因此燃烧器内压力变化能够直接体现流速的变化。

多孔介质小球传热特性分析由于多孔介质内部结构的复杂无序，要深入理解多孔介质内的预況燃烧是非常困难的。

长期以来对过滤燃烧的研究，无论是理论分析还是数值模拟，都采用宏观描述的简化方法。

在计算条件无法满足真实流场模拟时，容积平均方法对认识宏观火焰起到了积极的作用。

但容积平均方法对多孔介质采用了连续介质的假设，而缺少对多孔介质固体的描述。

而多孔介质中固体的存在，对多孔介质燃烧扩展可燃极限提高燃烧稳定性以及降低污染物排放都起到了至关重要的作用因此，研究多孔介质燃烧中固体的传热特性是非常有必要的。

与传统燃烧相比，多孔介质燃烧的个显著优点就是其多孔介质固体具有良好的蓄热性能，可以提高燃烧稳定性与增加可燃极限，因此研究多孔介质固相温度变化具有重要的意义。

本节为了分析多孔介质小球传热及蓄热特性，取单个小球从开始受热到冷却过程中，具有典型特点的瞬时温度作为研宄对象，绘制成如图所示的单个小球温度分布图。

该工况对应当量比为，小球直径为，燃气入口流速为，经计算对应的燃烧波波传播速度为。

图多孔介质小球温度分布由图可以看出小球内部温度分布受整个火焰面抛物面形状的影响，小球靠近轴线位置的温度首先受热冷却，小球内部受热面形状与抛物面形状具有相同的偏向性。

高温区域固体小球刚开始冷却时刻为。

可以看出燃烧刚开始时，由于扩散作用，气体温度快速上升，气体在流动的过程中通过对流换热将热量传递给固体，固体小球开始蓄热。

热量通过热传导在小球内部向下游传递，使小球温度逐渐升高。

在此时刻后，方面由于小球具有比气体大得多的热容量，另方面固体导热系数较大，使热量不能很快的传递出去，因此小球的温度降低非常缓慢。

由时刻到时刻可以明显的看出，气体具有较大的温度梯度，而固体小球由于热量已累积到固体小球中，其冷却过程比气体有明显的延迟，说明固体小球有非常好的蓄热能力。

热量累积到小球中后，小球通过对流与辐射的方式与新鲜的预混气体进行换热从而达到对可燃气体预热的效果，同时也可以防止温度过快降低导致的熄火现象，起到维持燃烧稳定性的作用。

图为在当量比为，入口流速为时，燃烧过后固体小球表面总体热流密度，单位。

图为在相同工况下，多孔介质固体小球的总体热流密度，单位图和中，由固体向气体方向传递的热流密度为正，由气体向气体方向传递的热流密度为负。

由图可以看出，在迎风面由于小球表面吸收反应放出的热量己经达到较高的温度，其外表面处小球通过对流及热辐射将热量传递给气体，对将要燃烧的混合气体进行预热，热流密度为正，最大值达到，在小球的内表面通过导热方式热量继续向小球内部处传播，热流密度为负值。

在背风面，即气体区域发生燃烧处，反应放出的热量传递给固体，热流密度为负。

小球侧面的热流密度明显小于迎风面的热流密度，这是因为虽然侧面的气流速度大，但是此处的湍流较弱，因而对流换热系数也相对较小，而且气固温差较小，因此此处的对流换热和辐射换热都比较弱。

而在小球迎风面，由于小球流道的特殊结构，此处形成了强烈的湍流，对流换热加强，气固温差大以因此产生更强烈的辐射热流。

图堆积小球表面总体热流密度图堆积小球表面辐射热流密度图中，小球迎风面热流密度为正，小球此处温度较高，向临近的低温小球辐射热量，最大热流密度为。

小球背风面热流密度为负，此处温度较低，小球吸收辐射热量。

由图图可以看出小球在温度较高的迎风面向其上游进行对流及辐射传热，将热量传递给上游，而在温度较低的背风面吸收下游小球传递的热量，因此形成了热量回流而且通过比较可以看出小球的辐射热流密度仅仅是对流热流密度的左右，因此在此工况下，多孔介质燃烧器燃烧反应上游处对流换热起主要作用，此结论与文献模拟的结果相致。

组分分布图给出了当量比为，入口流速为工况下轴线方向的组分分布图。

由于由图中可以看出化学反应出现在个很窄的区域内。

在反应开始时，处，甲烷开始消耗，随着甲烷的消耗，的质量分数快速增加，然后随着燃烧距离的增加开始消耗，与剩余的反应生成大量的。

在时，甲烷与的质量分数均不在变化，达到稳定值，甲烷被消耗完，的浓度也达图组分分布图图组分分布图图组分分布图到了最小的质量分数达到峰值，这时燃烧完成，温度达到最大值。

可以看出在此工况下，的生成量非常小，质量分数仅为，充分体现了多孔介质内燃烧降低污染物排放的特性。

本章小结本章主要对堆积小球多孔介质内预混燃烧特性进行了模拟研究，刘明候，许胜，陈靖等多孔介质钝体火焰稳定性燃烧科学与技术，王恩宇，程乐鸣，骆仲泱等渐变型多孔介质中预混燃烧温度分布试验热科学与技术，，，，，，姜海，赵平辉，陈义良双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟工程热物理学报