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减少燃烧排放和提高燃烧效率是当前燃烧领域的两大热点课题。近年来,多孔介质燃烧技术因在提高燃烧效率、扩展贫燃极限、减轻环境污染等方面具有显著优势,已受到国内外学者越来越广泛的关注。本文通过实验与模拟方法,研究柴油在电预热式多孔介质燃烧器内的燃烧特性,旨在为液体燃料多孔介质燃烧器的应用提供理论指导。 通过设计、搭建电预热式多孔介质燃烧实验系统,在不需二次点火情况下,实现了液体燃料的预蒸发自维持燃烧。在确定电预热温度场稳定性基础上,分析了柴油在多孔介质内预蒸发燃烧的火焰特征与温度场变化规律,讨论了当量比和空气流量对燃烧特性的影响。结果表明:电预热系统具有很强的稳定性,维持稳定燃烧所需的最低预热温度为750℃;实验观察到液体预蒸发燃烧过程中出现了稳定火焰和过滤火焰两种火焰;稳定火焰与气体预混合燃烧火焰类似,火焰区最高温度可达1140.2℃,火焰移动速度在0.1mm/s量级,而过滤火焰速度在1m/s量级;随空气流量增加,火焰面向下游移动且燃烧更加完全;当量比对温度分布影响较大,但其对火焰传播的影响相对较小。 以实验结构为原型,以商业软件Fluent18.0为平台,采用标准k?ε湍流模型、双温模型、DO辐射模型等模型,建立了柴油在多孔介质燃烧器内预蒸发燃烧的二维数学模型,研究了柴油在小球堆积床内的燃烧过程,通过模拟结果与实验数据的对比验证了模型有效性。基于对气体与氧化铝小球中心温度的分析,研究了堆积床内液体燃烧过程中的气、固温度变化规律;通过计算小球孔隙内的热释放率,讨论了孔隙尺度内的燃油蒸汽燃烧强度变化规律。结果表明:多孔介质能够有效预热上游未燃燃油,并回收下游烟气中的热量,提高燃烧强度;液体预蒸发燃烧火焰能够稳定向下游传播,整体传播速度在0.1mm/s量级,属于低速过滤燃烧;对处于火焰下游的小球而言,小球温度低于周围气体温度,热量由气体传递给固体,而在火焰区上游的小球温度高于其周围气体温度,固体能够对新鲜气体进行预热。 在二维数值模拟基础上,通过变工况分析研究了喷油角度、入口速度、当量比、小球直径等参数对柴油预蒸发燃烧特性的影响。结果表明:火焰传播速度随入口速度及小球直径增大而增大;当量比增大、喷油角度减小会使燃烧室内最高温度升高;燃烧室内进出口压力降随入口速度增大、小球直径减小而增大;燃烧室内燃油质量分数主要受到燃烧室内流场及喷油角度的影响。