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第 35 卷第 7 期
哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报
Vol.35 №.7
2014 年 7 月
Journal of Harbin Engineering University
Jul.2014
多孔介质内预混合燃烧的二维数值模拟
刘宏升,张金艳,解茂昭
(大连理工大学 能源与动力学院,辽宁 大连 116024)
摘 要:为了研究预混气在多孔介质内过滤燃烧特性,根据多孔介质燃烧理论,建立了甲烷 / 空气预混气在堆积床内燃烧
的二维双温模型。 给出了当量比、入口速度和小球直径等参数对温度分布的影响,分析了燃烧器内氧化铝小球的蓄热特
性。 结果表明:火焰面的前缘呈抛物线形状,燃烧波波速在 0.1 mm / s 数量级;随着当量比增加,波速度减小,燃烧区域范
围扩大;随着入口流速增大,燃烧最高温度升高,火焰面宽度变窄,燃烧波波速增大;随着氧化铝小球直径增大,火焰面厚
度变窄,燃烧波速度增大;氧化铝小球在过滤燃烧中体现出良好的蓄热能力。
关键词:多孔介质;过滤燃烧;二维数值模拟;蓄热;当量比
doi:10.3969 / j.issn.1006⁃7043.201304046
网络出版地址:http: / / www.cnki.net / kcms / doi / 10.3969 / j.issn.1006⁃7043.201304046.html
中图分类号:TK411.1 文献标志码:A 文章编号:1006⁃7043(2014)07⁃0814⁃06
Two⁃dimensional numerical simulation of
the combustion of the premixed gas in a porous medium
LIU Hongsheng, ZHANG Jinyan, XIE Maozhao
(School of Energy and Power Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)
Abstract:In order to study the premixed filtration combustion characteristics of a porous medium, a two⁃dimensional
combustion model of premixed gas in a porous medium was established based on the theory of porous medium combus⁃
tion. The influences of the equivalence ratio, the intake velocity and the spherule diameter on temperature distribution
were discussed. The heat storage properties of the alumina spherule in the burner were analyzed. The results show that
the front edge of the flame presents a parabola structure and the combustion wave velocity has an order of 0.1 mm/ s.
The burning area extends and the combustion wave velocity decreases with the increasing of the equivalence ratio.
Higher peak temperature, narrower flame width and faster combustion wave velocity occur as the inlet velocity increa⁃
ses. The flame width gets narrower and the combustion wave velocity increases with the increasing of the spherule di⁃
ameter. The alumina spherule shows a good heat storage capacity in the premixed filtration combustion.
Keywords:porous medium; filtration combustion; two⁃dimensional; numerical simulation; heat storage; equiva⁃
lence ratio
收稿日期:2013⁃04⁃20. 网络出版时间:2014⁃05⁃13 16:42.
基金项目:国家自然科学基金资助项目( 201101057);中央高校基本
科研业务费专项资金资助项目( DUT13JN06);中国石油科
技创新基金资助项目(2013D⁃5006⁃0208).
作者简介:刘宏升(1978⁃),男,副教授,博士;
解茂昭(1944⁃),男,教授,博士生导师.
通信作者:刘宏升,E⁃mail:lhsh@ dlut.edu.cn.
过滤燃烧即多孔介质中的燃烧是自然界和工程
中广泛存在的一种燃烧现象,因其具有燃烧效率高、
可燃极限大、污染物排放低等特点,受到国内外学者
的广泛关注
[1]
。
近几十年来,国内外学者对过滤燃烧的研究涉及
预混合过滤燃烧能量的累积效应、火焰瞬时特性、火焰
稳定性理论等多个领域
[2]
。 模拟研究主要侧重于过滤
燃烧中的燃烧火焰速度、温度和浓度分布及燃烧的辐
射热效率等内容
[3]
。 在多孔介质燃烧器的稳定性方
面,一维模型可在给定当量比下预测火焰稳定性界
限
[4]
。 多孔介质燃烧器内的燃烧和排放特性可采用二
维骨架机理
[5]
和一维瞬态全化学反应模型
[6]
2 种方法。
国内对过滤燃烧的实验与模拟研究相比发达国家起步
较晚,模拟研究一般将多孔介质为一种连续介质,不考
虑固相介质参数的变化。 浙江大学对多孔介质内的燃
烧与传热规律进行了大量研究,通过实验方法分析低
速过滤燃烧的燃烧波传播规律
[7]
,模拟了多孔介质内