超低氮金属纤维燃烧机燃烧特性数值模拟与实验研究

摘要

金属纤维表面燃烧机是一种新型多孔介质燃烧机。与传统的扩散式燃气燃烧机相比，具有低氮氧化物排放、高燃烧强度、良好的抗回火性等优势。此外，金属纤维表面燃烧机机身结构紧凑，燃烧效率高，排烟损失小，符合我国节能减排的基本国策。 本文基于金属纤维燃烧技术，运用商用软件对其流动与燃烧过程进行研究，得出了相应的模拟结果与结论。同时研发搭建了相应的燃烧机实验台，探究了不同工况下的燃烧状态与氮氧化物排放量。研究内容主要包括以下几个方面: (1)首先介绍了金属纤维表面燃烧机的组件结构，运行原理和工作特点。随后介绍了搭建的金属纤维表面燃烧机实验台，对于其具体系统构成与控制逻辑做了详尽描述。 (2)进行了燃烧机冷态流动数值模拟，研究了不同混风组件配置条件下的燃气-空气混合流动情况。结果显示:内置叶轮与孔板能够有效提高燃气混合程度。 (3)对于表面燃烧机实验台进行了冷态测试与热态实验研究。冷态情况下的流动情况验证了仿真结果的正确性，热态实验测量了实验台在各燃烧工况下的排放物浓度。实验结果显示，实验台在各工况下均完成了低氮燃烧，设计符合性能要求。 (4)最后，针对特定工况下的金属丝排布方式进行了结构优化探究，获得了不同纤维排布方式对于模型区域内的冷态气体速度分布，热态温度分布及组分浓度分布等结果的影响。结果显示:变径双排金属纤维错排工况下得出了最佳的模拟结果。

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摘要

图表目录

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 我国能源现状

1．1．2 气体燃料

1．1．3 气体燃料燃烧技术

1．2 多孔介质燃烧技术

1．2．1 多孔介质燃烧技术概述与发展意义

1．2．2 多孔介质材料

1．3 金属纤维燃烧机构造与性能特点

1．4 金属纤维表面燃烧机研究现状

1．5 本文主要研究工作

2 金属纤维表面燃气燃烧机实验系统

2．1 实验台的整体结构与工作流程

2．2 燃烧器本体系统

2．3 伺服控制系统

2．4 测量分析系统

2．5 本章小结

3 表面燃气燃烧机冷态流场仿真研究

3．1 建立物理模型

3．2 模型假设

3．3 数学模型与控制方程

3．3．1 控制方程

3．3．2 湍流模拟模型

3．4 网格划分与边界条件

3．5 收敛条件与评价标准

3．6 模拟结果与讨论

3．7 本章小结

4 表面燃气燃烧机实验研究

4．1 冷态流动验证实验

4．1．1 实验台布置

4．1．2 实验内容

4．1．3 冷态实验小结

4．2 热态实验

4．2．1测试原理

4．2．2 结果与讨论

4．2．3 热态实验小结

4．3 本章小结

5 二维金属纤维结构布置数值模拟研究

5．1 数值模型理论

5．1．1 能量方程

5．1．2 组分传输与反应方程

5．2 模型建立与网格划分

5．3 边界条件与收敛条件

5．4 结果与讨论

5．4．1 冷态流场

5．4．2 热态温度场

5．4．3 组分浓度场

5．5 本章小结

6 结论

6．1 主要结论

6．2 工作展望

致谢

参考文献

附录