论文部分内容阅读
MILD燃烧技术是一种高效率、低排放的新型燃烧技术，其独特的燃烧方式和良好的燃料适应性使得其备受国内外研究者的广泛关注和研究。由于目前MILD燃烧大多采用空气预热，且其研究方向大多集中于MILD燃烧的组织方式、临界转变等方面，而针对常温空气内循环方式下的MILD燃烧的燃烧特性和污染物生成机理的研究较少。因此，开展常温空气MILD燃烧的燃烧特性以及污染物的生成机理具有重要意义。本文采用实验与数值模拟相结合的方法对此两个部分的内容进行了系统研究。 首先，本文设计并搭建了20kW的MILD燃烧试验台架，以CH4为燃料，对常温空气内循环方式下的MILD燃烧特性进行了实验研究。通过对钝体高度、过量空气系数、空气预热温度的研究表明：钝体高度对MILD燃烧影响很大，当钝体高度较高时（25H+CO2）控制的。这主要是由于[OH]/[H]的比值增加导致的。在温度较低时，基元反应R99是正向反应，促使大量的CO氧化为CO2。在MILD燃烧下，由于热解区域受到抑制，由CH3转化成C2H2的路径会得到大幅度的减弱（CH3→C2H6→C2H5→C2H4→C2H3→C2H2），导致CH3对CO生成的贡献与HCCO的贡献相当，而C2H2对CO生成的贡献相比较空气燃烧有显著下降。 最后，本文采用FLUENT数值模拟软件，采用修正的雷诺平均应力湍流模型和EDC燃烧模型，并耦合GRI3.0详细化学反应机理，对本文第二章的常温空气下实验工况进行模拟研究。在实验和模拟结果吻合良好的基础上，对常温空气MILD燃烧下NO的生成机理进行了详细研究。研究结果发现，MILD燃烧下，NO仍然为NOx排放中的主要产物，NO2和N2O为中间产物。炉内可以划分为三个区域：中心区域，过渡区域和回流区域。NO的浓度在中心区域最低，在回流区域最高，过渡区域的浓度介于两者之间。而NO2的浓度在中心区域最高，在回流区域最低。在中心区域，基元反应R186（HO2+NO<=>NO2+OH）对NO2的生成起到了最大的贡献，并且它的反应速率高出其他基元反应的几个数量级，这主要是由于高浓度的HO2所致。在过渡区域，NO2的净反应速率由于基元反应R186反应速率的降低而降低，R186反应速率的降低主要是由于 HO2浓度的降低导致。而NO的净反应速率由于基元反应R189（NO2+H<=>NO+OH）的反应速率的升高而升高。R189反应速率的升高是由于H基团浓度的升高所致，同时，由于OH基团的急剧升高以及HO2基团的迅速下降，基元反应R186转变了反应方向生成NO。在回流区域，基元反应-R186和-R187（NO+O+M<=>NO2+M）对NO的生成贡献最大。在NO的生成过程中，NO2起到了输运作用，在中心区域，一部分NO2转变成NO，但是大部分NO2通过对流和扩散输运到过渡区域，在过渡区域，大量的NO2被转化成NO，剩下的NO2输运到回流区域，因此，NO的浓度超过NO2。在回流区域，NO2几乎全部转化成NO。