| 【中文题名】 | 合成气稀释扩散火焰的实验和数值研究 |
| 【英文题名】 | Experimental and Numerical Studies on Diluted Syngas Diffusion Flames |
| 【学科专业】 | 工程热物理 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-24 |
| 【中关键词】 | 燃料稀释,扩散火焰,同轴射流,火焰尺寸,火焰稳定性,污染物排放 |
| 【英关键词】 | Fuel Dilution,Diffusion Flame,Co-flow Jet,Flame Structure,Flame Stability,Pollutant Emissions, |
| 【分类导航】 | 工业技术>能源与动力工程>热力工程、热机>燃料与燃烧>> |
| 【论文摘要】 |
合成气稀释燃烧作为有效地低NO_x燃烧技术，在清洁能源开发和IGCC中有着广泛的应用背景。本文通过实验和数值模拟研究了合成气稀释燃烧的火焰形态，稳定性以及污染物排放特性等方面的内容。其目的在于能够清晰、深入地了解稀释燃烧的机理，掌握其规律，为合成气燃烧技术的开发和应用于IGCC的燃气轮机燃烧室设计提供帮助。
本文在模型燃烧室中实验研究了钝体稳定射流扩散火焰，通过对火焰形态的观测和出口污染物组分的测量，研究了燃料稀释对火焰尺寸、稳定性和污染物排放的影响。研究发现，稀释降低了燃料浓度，使火焰面向燃料侧移动，同时稀释增加了喷嘴出口速度，促进了气流掺混，有利于火焰尺寸的减小。在稳定性方面，当空气流量不变时，最大稀释量随燃料流量的减小(过量空气系数的增大)而增大，随燃料初温的提高和组分中H_2含量的增加而增大。而当固定燃料流量和稀释量后，火焰稳定性不随空气流量的变化而变化。在三种稀释火焰中，H_2O稀释火焰的稳定性相对较好，而CO_2稀释火焰的稳定相对较差。在污染物排放方面，燃料稀释由于只是降低火焰最高温度，可以在有效地降低NO生成的同时，将CO的排放控制在一个较低的水平。此外，用PLIF测得的OH自... |
| 【论文题纲】 |
|
摘要 |
5-7 |
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Abstract |
7-9 |
|
目录 |
9-12 |
|
第一章 绪论 |
12-20 |
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1.1 研究背景 |
12-13 |
|
1.2 国内外控制 NO_x污染的措施 |
13-14 |
|
1.3 低 NO_x燃烧技术 |
14-16 |
|
1.3.1 喷水或喷蒸汽 |
14 |
|
1.3.2 选择性催化还原 |
14-15 |
|
1.3.3 燃烧室结构改造 |
15 |
|
1.3.4 总结 |
15-16 |
|
1.4 稀释燃烧的国内外研究现状 |
16-19 |
|
1.5 本文的主要研究内容 |
19-20 |
|
第二章 实验台系统和数值模型 |
20-39 |
|
2.1 概述 |
20 |
|
2.2 燃烧实验台系统 |
20-22 |
|
2.2.1 模型燃烧室 |
21 |
|
2.2.2 蒸汽发生器 |
21-22 |
|
2.3 测量手段和方法 |
22-31 |
|
2.3.1 温度测量 |
22-24 |
|
2.3.2 浓度组分测量 |
24-27 |
|
2.3.3 PLIF测量系统 |
27-31 |
|
2.4 数值模拟方法 |
31-38 |
|
2.4.1 一维模型 |
31-33 |
|
2.4.2 二维模型 |
33-38 |
|
2.4.3 化学反应机理 |
38 |
|
2.5 常用参数的定义 |
38-39 |
|
第三章 稀释扩散火焰的总体特性 |
39-52 |
|
3.1 概述 |
39 |
|
3.2 扩散火焰 |
39-40 |
|
3.3 稀释扩散火焰尺寸 |
40-50 |
|
3.3.1 稀释对火焰面位置的影响 |
40-42 |
|
3.3.2 稀释对火焰长度的影响 |
42 |
|
3.3.3 喷嘴出口速度对火焰长度的影响 |
42-44 |
|
3.3.4 燃料流量对火焰长度的影响 |
44-45 |
|
3.3.5 喷嘴直径对火焰长度的影响 |
45-46 |
|
3.3.6 稀释量对火焰长度的影响 |
46-47 |
|
3.3.7 火焰长度的唯象分析 |
47-49 |
|
3.3.8 燃料组分变化对火焰长度的影响 |
49-50 |
|
3.4 稀释扩散火焰颜色 |
50 |
|
3.5 本章小结 |
50-52 |
|
第四章 稀释扩散火焰的稳定特性 |
52-68 |
|
4.1 概述 |
52 |
|
4.2 熄火极限 |
52-57 |
|
4.2.1 过量空气系数对最大稀释量的影响 |
53-54 |
|
4.2.2 燃料流量和喷嘴出口速度对稀释剂最大流量的影响 |
54-55 |
|
4.2.3 燃料初温对最大稀释量的影响 |
55-56 |
|
4.2.4 燃料组分对最大稀释量的影响 |
56-57 |
|
4.3 火焰稳定的机理 |
57-67 |
|
4.3.1 同轴射流 |
57-59 |
|
4.3.2 旋涡结构 |
59-62 |
|
4.3.3 火焰根部流场结构 |
62-63 |
|
4.3.4 钝体稳焰 |
63-65 |
|
4.3.5 火焰淬熄 |
65-67 |
|
4.4 本章小结 |
67-68 |
|
第五章 合成气稀释燃烧中的污染物生成特性 |
68-85 |
|
5.1 概述 |
68 |
|
5.2 模型燃烧室中污染物排放和 OH自由基生成特性 |
68-74 |
|
5.2.1 CO排放特性 |
68-70 |
|
5.2.2 NO排放特性 |
70-73 |
|
5.2.3 OH自由基生成特性 |
73-74 |
|
5.2.4 本节小结 |
74 |
|
5.3 稀释燃烧中NO 的生成特性 |
74-81 |
|
5.3.1 NO的生成速率 |
75-77 |
|
5.3.2 稀释对火焰温度的影响 |
77-79 |
|
5.3.3 稀释对停留时间的影响 |
79-80 |
|
5.3.4 稀释对 NO生成的影响 |
80-81 |
|
5.4 稀释的化学作用 |
81-84 |
|
5.4.1 相同火焰温度下稀释对污染物生成的影响 |
82 |
|
5.4.2 相同火焰温度下稀释对主要原子和自由基生成的影响 |
82-84 |
|
5.5 本章小结 |
84-85 |
|
第六章 研究结果对燃烧室设计的一点启示 |
85-88 |
|
6.1 稀释合成气的燃烧属性 |
85 |
|
6.2 稀释合成气在燃烧室燃烧时遇到的困难 |
85-86 |
|
6.3 对燃烧室改进设计的一点建议 |
86-88 |
|
第七章 结论和展望 |
88-90 |
|
7.1 结论 |
88-89 |
|
7.2 展望以及对今后工作的建议 |
89-90 |
|
符号表 |
90-93 |
|
参考文献 |
93-96 |
|
附录 A 化学反应机理 |
96-99 |
|
发表文献 |
99-100 |
|
致谢 |
100 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.130697 |
