醇基燃料燃烧器性能优化与场协同分析

摘要

醇基燃料作为一种来源广泛、环保,极有发展前景的替代燃料,受到了国家的大力支持。在人们节能环保意识不断增强和市场的调节下,醇基燃料将在我国能源结构中占有更为重要的地位。醇基燃料产业的发展必然会带动配套燃烧器的发展,设计高效低排放配套燃烧器对于提高醇基燃料市场竞争力显得尤为重要。而醇基燃料燃烧器研发过程如果一味依赖于工程实验,则存在研发成本高、开发周期长、危险性高等显著缺点,而不断完善与飞速发展的燃烧数值仿真技术为解决此问题提供了一条可行性较高的新思路。因此,醇基燃料燃烧器的性能优化及其多场协同分析可通过数值模拟方法完成,并将其数值仿真结果用于醇基燃料燃烧器的设计改进,其研究结果将醇基燃料燃烧器优化设计提供很好的理论依据。
　　 为此,本文以国家科技部科技型中小企业科技创新基金项目[07C26214301758]为依托,对高效低排放醇基燃料燃烧器设计进行了探索性研究,其主要工作和创新之处为:
　　 (1)采用数值模拟仿真和实验验证相结合的方法对醇基燃料燃烧器进行了性能分析,得出了醇基燃料燃烧器内的CH3OH、CO、Nox、O2的质量分数分布及压力、速度以及温度分布规律。
　　 (2)利用场协同理论对醇基燃料燃烧器的燃烧区域进行了协同分析,得出醇基燃料燃烧器在额定工作压力时速度矢量场与温度梯度场间的协同性最佳且燃烧效果处于最佳状态的结论。
　　 (3)基于醇基燃料燃烧器场协同分析结果设计与研制了醇基燃料燃烧器,实验结果验证了场协同优化的正确性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 醇基燃料应用研究和发展现状

1.1.1 国外应用研究历史与现状

1.1.2 国内应用研究历史与现状

1.2 醇基燃料燃烧器的发展现状

1.3 醇基燃料燃烧器的发展前景和研究方法

1.4 场协同理论概述

1.4.1 场协同基本理论

1.4.2 场协同理论研究现状

1.5 研究意义

1.6 研究内容和论文结构

1.6.1 研究内容

1.6.2 论文结构

第2章 醇基燃料燃烧器的性能要求

2.1 醇基燃料的物理化学性质

2.2 醇基燃料燃烧器的结构

2.2.1 醇基燃料预混式燃烧器

2.2.2 醇基燃料非预混式燃烧器

2.3 醇基燃料燃烧器行业标准

2.3.1 额定压力

2.3.2 燃烧器负荷

2.3.3 燃烧稳定性

2.3.4 燃烧废气

2.3.5 燃烧器材质要求

2.4 本章小结

第3章 醇基燃料燃烧器仿真实验与验证

3.1 醇基燃料燃烧器数值计算理论基础

3.1.1 基本控制方程

3.1.2 湍流模型

3.1.3 燃烧模型

3.1.4 辐射换热模型

3.1.5 NOx生成模型

3.1.6 SIMPLE算法

3.2 醇基燃料燃烧器仿真实验

3.2.1 醇基燃料燃烧器网格划分

3.2.2 醇基燃料燃烧器仿真实验模型和边界条件

3.2.3 醇基燃料燃烧器仿真实验流程

3.2.4 醇基燃料燃烧器仿真实验分析

3.3 醇基燃料燃烧器燃烧结果

3.4 本章小结

第4章 醇基燃料燃烧器燃烧过程场协同分析

4.1 对流传热是有流体运动的导热

4.2 对流传热问题的场分析

4.3 对流传热的场协同

4.3.1 场协同的概念

4.3.2 场协同数

4.3.3 斯坦顿数和场协同数的比较

4.4 湍流对流传热的场协同方程

4.5 强化对流换热场协同唯象机制

4.6 强化对流换热场协同控制

4.7 醇基燃料燃烧器燃烧过程场协同分析

4.8 本章小结

结论

参考文献

附录A(攻读硕士学位期间发表论文和参与项目)

致谢