多孔介质预混燃烧技术作为一种新型清洁燃烧方式,具有燃烧效率高、污染排放少、贫燃极限宽、负荷调节灵活等特点,能够很好地适应我国以煤为主向天然气等清洁能源转变的能源结构调整,在充分利用低热值气体资源、减少环境污染方面也有重要意义。然而,多孔介质预混燃烧过程中火焰面倾斜、破裂、偏移等不稳定性现象严重影响了其工业应用的进程,引起国内外学者的广泛关注。与许多报道中假设预混燃烧初期火焰面存在一个初始的倾斜角有所不同,本文认为这一初始倾斜角很可能是由于初始预热段的预热温度分布不均匀而引起的。因此,本文通过实验和数值模拟等方式验证并讨论初始预热段预热温度分布不均匀对多孔介质预混燃烧火焰面倾斜、破裂、偏移等不稳定性的影响及其动力学机理。主要研究内容及结论如下:1.实验研究。搭建多孔介质预混燃烧实验台,对甲烷/空气预混气体在多孔介质中燃烧的火焰面变形不稳定特性进行研究。验证了初始预热温差对火焰面倾斜、破裂等不稳定性的影响作用,探讨其在不同当量比、不同入口气体流速工况下对火焰面变形不稳定性的影响程度及规律。结果表明,初始预热段预热温度分布不均匀确实是诱发多孔介质预混燃烧过程中火焰面倾斜、破裂等不稳定现象的原因之一;当存在初始预热温差时,当量比越小、入口气体流速越大,火焰面变形越严重。2.数值模拟研究。为了研究火焰面变形不稳定性的演变特点,建立了甲烷/空气在多孔介质中预混燃烧的二维双温模型,采用FLUENT6.3软件对燃烧器内部的流动、传热、燃烧等过程进行计算。通过设定不同的初始预热温差、当量比、入口气体流速、燃烧器长度等参数,对比研究了火焰面的形态和位置变化并详细分析了其演变规律和动力学机理,获得了以下结论:(1)火焰面倾斜。初始预热段预热温度分布不均匀确实是诱发多孔介质预混燃烧过程中火焰面倾斜不稳定性现象的原因之一,具体表现为初始预热温差越大,火焰面倾斜角增长速度越快,倾斜不稳定性越强烈;火焰面倾斜的演变过程可大致分为三个阶段,倾斜角缓慢增长阶段,快速增长阶段和最后倾斜角趋于恒定阶段;初始预热温差相同时,当量比越小、入口气体流速越大,火焰面倾斜不稳定性越强,火焰面倾斜角增长越快,最终所能达到的最大倾斜角越大;数值模拟的结果与实验大致相同,当量比和入口气体流速对火焰面倾斜演变的影响规律也与文献中基本一致,说明模拟的结果是可信的。(2)火焰面破裂。火焰面破裂是较倾斜更为严重和剧烈的不稳定现象。初始预热温差越大、当量比越小、入口气体流速越大,火焰面向下游传播过程中越容易发生破裂。(3)火焰面偏移。继续增大初始预热段的预热温差、降低当量比或提高入口气体流速可能会导致火焰面偏移向燃烧器的一侧,部分可燃气体尚未燃烧即排出燃烧器,造成燃料的浪费和环境污染。火焰面偏移是多孔介质预混燃烧中较为极端的不稳定现象之一。(4)燃烧器的长度也会影响多孔介质预混燃烧过程中火焰面变形不稳定性的发展。长度越长,火焰面传播越稳定。