碳化硅泡沫陶瓷燃烧器头部特性实验研究

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泡沫陶瓷燃烧器具有燃烧强度高、污染物排放低、燃烧效率高等显著优势。目前我国针对Si C泡沫陶瓷燃烧器的实验研究相对较少,尤其是渐变型Si C泡沫陶瓷。因此本文针对Si C泡沫陶瓷燃烧器头部特性,自行设计并搭建燃烧实验系统,对其阻力特性、火焰稳定性以及燃烧特性进行深入研究:冷态条件下,基于Ergun公式,提出了一种适合Si C泡沫陶瓷阻力特性的理论计算方法,并通过实测数据拟合出Si C泡沫陶瓷压降梯度与气流速度之间的半经验公式。将该公式的理论计算值与各孔径下的实测值进行比对,发现当Rem在0~220范围内,该公式对均匀型孔径结构具有较好的适用性。热态条件下,通过实验考察了当量比、孔径结构对火焰稳定性的影响。结果表明,当量比增大时,将拓宽火焰稳定燃烧强度范围,加快火焰面移动速度,并缩短燃烧系统达到稳定所需的时间;孔径越大,燃烧强度上限和下限均变大,火焰稳定燃烧强度范围随着孔径的增大而减小,火焰面移动速度随着孔径的增大而增大,稳定时间也随之缩短;渐变型结构能够拓宽燃烧强度范围,一定程度上缩短火焰稳定时间,有利于未来燃烧器材料结构的选择。另外,通过实验测试得到了稳定燃烧状态下,燃烧室阻力损失、温度分布、污染物排放量随当量比和燃烧强度的变化规律,以及孔径结构对以上燃烧特性的影响。实验结果表明,当量比和燃烧强度与以上燃烧特性紧密相关,孔径结构对燃烧特性的影响并不成线性关系,均匀型结构中,孔径为20 PPI时燃烧室温度最高。与均匀型结构相比,渐变型结构能够提高燃烧室温度,同时保持较低污染物排放量,具有较好的应用前景。
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