调谐被动控制脉动燃烧特性实验及数值模拟研究

摘要

能源高效率的利用能够促进社会的发展，如今，人类使用的能源主要是化石燃料(煤，石油，天然气)。但是化石燃料是一种不可再生的能源，因此如何高效利用化石燃料同时减少污染物的排放是当今的重大课题。脉动燃烧是一定的声学条件下周期性燃烧过程，其燃烧特性具有特殊的不稳定性，脉动燃烧区域内的特征参数是时间的周期函数。因为燃烧器内震荡的影响，使得燃烧效率和传热系数大幅提高、燃烧强度增强、污染物排放量减小，并且机构简单。
　　本文主要是针对燃烧器热声不稳定现象的控制技术进行研究，研究脉动燃烧的运行特性与空气过量系数、功率、以及燃气与空气的配比的关系，实现对脉动燃烧运行特性进行控制。其研究结果如下:
　　(1)对Helmholtz型脉动燃烧器改装，增加了可调谐的预混室，将单股进气变成多股进气。结果表明，实验中通过调节配风关系，空气过量系数及热功率，的确可以实现对Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器的运行参数进行调节。
　　(2)可以通过改变空气过量系数、燃烧热功率以及前后燃气量配比关系来改变脉动燃烧器的运行频率。脉动燃烧器运行频率随着空气过量系数的增大呈现先增大后减小的趋势；当前后燃气进气量比值逐渐增加，燃烧器的运行频率逐渐减小；在保持空气过量系数为1.4时，增加燃烧器的燃烧热功率，可以使燃烧器的运行频率逐渐增加。
　　(3)可以通过改变空气过量系数、燃烧热功率以及前后燃气量配比来改变脉动燃烧器中的压力幅值。燃烧室中的压力幅值随着空气过量系数以及燃烧热功率的增加而增加；随前后燃气进气量比值的增大，出现先增大后减小再增大的趋势。
　　(4)在尾管中，压力振幅随距离尾管入口距离的增长而下降。
　　(5)调节燃烧热功率或者空气过量系数均可改变NOx的排放量，且NOx的排放量随两者的变化趋势相同，随二者的增加而增加。
　　(6)在一个周期内整体上，氧气浓度的变化对 NO生成量起抑制作用，氮气浓度对其起促进作用，而温度变化对其影响较为均衡。同一个周期内，由于三个影响因素的振动相位不同，导致在不同时刻对NO生成量的影响也不同。

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第1章绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2脉动燃烧技术发展史

1.3脉动燃烧器工作过程

1.4国内外研究现状

1.5主要研究内容

第2章调谐被动控制脉动燃烧特性实验系统设计

2.1 引言

2.2 调谐被动控制脉动燃烧器结构

2.3 实验装置测试系统

2.4 实验操作步骤

2.5本章小结

第3章调谐被动控制脉动燃烧特性实验研究

3.1 引言

3.2频率特性分析

3.3压力振幅特性分析

3.4脉动燃烧器NOx排放特性

3.5本章小结

第4章脉动燃烧器污染物排放特性

4.1 引言

4.2物理模型及网格划分

4.3数学模型

4.4模拟过程

4.5模拟结果

4.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢