多孔介質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)報(bào)告0808180122

1、多孔介質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：08081801學(xué)號(hào)：0808180122 姓名：黃錦宏 指導(dǎo)老師：譚洪一、實(shí)驗(yàn)背景： 多孔介質(zhì)，即由固體物質(zhì)組成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙構(gòu)成的介質(zhì)。多孔介質(zhì)是由多相物質(zhì)所占據(jù)的共同空間，也是多相物質(zhì)共存的一種組合體，沒(méi)有固體骨架的那部分空間叫做孔隙，由液體或氣體或氣液兩相共同占有，相對(duì)于其中一相來(lái)說(shuō)，其他相都彌散在其中，并以固相為固體骨架，構(gòu)成空隙空間的某些空洞相互連通。多孔介質(zhì)是一種具有大孔隙率和光學(xué)厚度的透氣性固體。多孔介質(zhì)的存在使燃料和氧氣的接觸面積變大，燃燒過(guò)程中，多孔介質(zhì)內(nèi)氣相的燃燒放熱、內(nèi)部導(dǎo)熱、對(duì)流、傳質(zhì)和固相內(nèi)部導(dǎo)熱、輻射及氣、固兩

2、相之問(wèn)的對(duì)流換熱互相耦合，這種復(fù)雜的傳熱和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程就構(gòu)成新穎、獨(dú)特的燃燒方式。 燃料和氧化劑(氧氣或空氣)按一定的比例預(yù)先均勻混合，再送入燃燒室中進(jìn)行燃燒的方法稱為預(yù)混合燃燒。多孔介質(zhì)內(nèi)預(yù)混合燃燒是指預(yù)混合氣體通過(guò)顆?；蛐∏蛱畛浯?、蜂窩陶瓷或泡沫陶瓷、毛氈濾芯、金屬薄片疊層、纖維膨化結(jié)構(gòu)等多孔介質(zhì)固體框架縫隙內(nèi)的燃燒。 多孔介質(zhì)燃燒優(yōu)點(diǎn)有很多，相對(duì)于氣體，多孔介質(zhì)具有更良好的熱交換特性，使燃燒區(qū)域溫度迅速趨于均勻；相對(duì)于自由空間，多孔介質(zhì)有更大的固體表面積，因而具有很強(qiáng)的蓄熱能力。由于多孔介質(zhì)的存在，在燃燒過(guò)程中，通過(guò)各種換熱形式，尤其為輻射放熱，大部分反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的熱量回流有效預(yù)熱未燃混合

3、氣體，使燃燒保持更好的穩(wěn)定性。大量的研究表明多孔介質(zhì)中的預(yù)混燃燒可大幅度提高燃燒速率，顯著增強(qiáng)火焰穩(wěn)定性，提高火焰溫度，擴(kuò)展貧燃極限，降低有害污染物的排放量。 二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?研究可燃?xì)怏w混合物在耐高溫、導(dǎo)熱性能較好的多孔介質(zhì)里的燃燒情況，并且與無(wú)多孔介質(zhì)時(shí)加以對(duì)比。通過(guò)監(jiān)測(cè)分析燃燒室各處的溫度變化來(lái)分析多孔介質(zhì)對(duì)燃燒的促進(jìn)作用。三、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與設(shè)備 本研究的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括燃燒器、供氣系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)三個(gè)部分。燃燒器由預(yù)混室和燃燒室組成。燃燒室下部裝置厚20mm,孔徑為1mm的直孔陶瓷板，用以對(duì)預(yù)混氣體進(jìn)行整流，使預(yù)混氣體盡量均勻地進(jìn)入燃燒室燃燒。燃燒室中填充的多孔介質(zhì)為泡沫陶瓷片（主要成分

4、為SiC）四、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖：1 液化石油氣； 2 減壓閥； 3 ，9 球閥； 4，8 流量計(jì)；5 預(yù)混室； 6 燃燒室； 7 流量計(jì)； 10 穩(wěn)壓儲(chǔ)氣罐； 11 空壓機(jī)五、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)燃燒器：燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖1 直孔陶瓷板（兩片）； 2 均勻孔徑多孔介質(zhì)（圖中為四片）；3 T1-T12 為熱電偶（共12個(gè)，相互間距10mm）； 4 石英玻璃管供氣系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)用燃?xì)鉃槌Ｓ靡夯蜌?丙烷、丁烷體積分?jǐn)?shù)各占36%，64%)。 液化石油氣經(jīng)減壓閥后進(jìn)入預(yù)混室與空氣混合?？諝庠从煽諝鈮嚎s機(jī)供給, 經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓罐后進(jìn)入到預(yù)混室。在進(jìn)入預(yù)混室之前, 液化石油氣和空氣都由玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)監(jiān)測(cè)流量，另用U型管測(cè)量空氣流量計(jì)

5、出口壓力，用以測(cè)空氣流量時(shí)的修正。測(cè)量系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)所選用流量計(jì)為燕山儀表總廠生產(chǎn)的LZB-4（量程為25250L/h，測(cè)量燃?xì)饬髁浚┖蚅ZB-15（量程為6006000L/h，測(cè)量空氣流量）型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要對(duì)流量數(shù)據(jù)按以下公式進(jìn)行修正： QS=QN PN=1.013×105Pa，TN=293.15K, N=1.2046Kg/m3 PS, TS ,SN-被測(cè)氣體在測(cè)量時(shí)的絕對(duì)壓力，絕對(duì)溫度以及被測(cè)氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度。 Z :氣體壓縮系數(shù)。燃燒室軸向隔10mm均勻布置12個(gè)K型熱電偶，通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線與惠普34970A巡回檢測(cè)儀相連, 測(cè)量燃燒室壁面溫度分布。惠普溫度采集儀與微

6、機(jī)相連，對(duì)溫度實(shí)時(shí)采集處理。六、實(shí)驗(yàn)方法和步驟：實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行自由火焰燃燒和加入不同厚度多孔介質(zhì)燃燒共五種燃燒工況，具體方案如下： 1) 自由火焰燃燒試驗(yàn)：先把燃?xì)夤潭ㄔ谀骋涣髁浚缓蟾鶕?jù)不同的當(dāng)量比調(diào)節(jié)空氣流量，觀察混和氣體在燃燒室內(nèi)的燃燒狀況，測(cè)量外壁面的溫度分布。2) 放入多孔陶瓷片燃燒試驗(yàn)：先把燃?xì)夤潭ㄔ谀骋涣髁浚ū緦?shí)驗(yàn)分別為50L/h），然后根據(jù)不同的當(dāng)量比調(diào)節(jié)空氣流量，觀察混和氣體在燃燒室內(nèi)的燃燒狀況，測(cè)量外壁面的溫度分布。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，從燃燒器頂端出口處點(diǎn)火，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燃?xì)饬髁枯^大并且空氣量小于理論空氣量時(shí)比較容易著火。當(dāng)著火以后，調(diào)節(jié)燃?xì)夂涂諝饬髁拷咏硐肱浔龋够鹧姹M快穩(wěn)

7、定下來(lái)。等到燃燒面燒到直孔陶瓷板表面時(shí)，開(kāi)始調(diào)節(jié)燃?xì)夂涂諝饬髁康皆囼?yàn)設(shè)定值，按計(jì)劃做試驗(yàn)?；鹧娣€(wěn)定的過(guò)程大概要15到30分鐘，隨著多孔介質(zhì)厚度的增加，所需的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些。 實(shí)驗(yàn)中，惠普溫度采集儀設(shè)定為每10秒種采集一組數(shù)據(jù)。先把燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)到設(shè)定值，然后調(diào)節(jié)空氣流量到設(shè)定值，記錄調(diào)節(jié)時(shí)候的時(shí)間，觀察火焰燃燒的狀況以及微機(jī)上顯示的所采集溫度的變化，以確定燃燒工況是否穩(wěn)定。待燃燒穩(wěn)定后調(diào)節(jié)流量到下一組設(shè)定值繼續(xù)試驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每一燃燒工況大概在2到5分鐘，個(gè)別時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些。 實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)對(duì)以上所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證多孔介質(zhì)在燃燒器中使用的可行性和優(yōu)越性，并分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題，尋求最佳

8、的燃燒效果：即既要保證燃?xì)庠谌紵覂?nèi)穩(wěn)定燃燒又能使燃燒室壁面溫度高且分布均勻。 七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析：1）燃燒器外圍溫度分布 實(shí)驗(yàn)用燃?xì)鉃槌Ｓ靡夯蜌?丙烷、丁烷體積分?jǐn)?shù)各占36%，64%)，實(shí)驗(yàn)使用燃?xì)獾牧髁繛?0L/h，計(jì)算所需空氣理論流量為1.135kL/h。上圖為同一空氣流量下，自由燃燒和多孔介質(zhì)燃燒溫度分布對(duì)比圖。由圖可知當(dāng)空氣的流量接近理論燃燒空氣流量時(shí)，多孔介質(zhì)燃燒燃燒器外圍的溫度分布明顯高于自由燃燒溫度分布。當(dāng)空氣流量為1.0kL/h、1.2kL/h時(shí)，空氣充足，燃料完全燃燒，故溫度明顯高于自由燃燒。當(dāng)空氣流量為1.6kL/h時(shí)，多孔介質(zhì)燃燒仍然可以穩(wěn)定進(jìn)行，火焰面被空氣吹向燃

9、燒器上部，故上部溫度高，而此時(shí)自由燃燒已經(jīng)不能夠穩(wěn)定進(jìn)行，發(fā)生了吹熄現(xiàn)象。2）空氣量變化對(duì)溫度分布的影響1、空氣量變化對(duì)自由燃燒溫度分布的影響在自由燃燒過(guò)程中，固定燃料量為40L/h，調(diào)節(jié)空氣流量，每次平衡后溫度分布如下圖：由圖可以看出，自由燃燒在燃燒器內(nèi)的溫度分布也比較均勻，溫度范圍在290-375度之間?？諝饬髁吭?.2kL/h時(shí)，空氣流量最接近理論的1.135kL/h，燃燒器溫度分布也最高，當(dāng)空氣量為1.4kL/h時(shí)，燃燒器溫度分布明顯可以看到下降了。當(dāng)空氣流量為1.8kL/h時(shí)，發(fā)生了吹熄現(xiàn)象，自由燃燒已經(jīng)不能進(jìn)行了。2、空氣量變化對(duì)多孔介質(zhì)燃燒溫度分布的影響 同等燃料流量，在多孔燃燒過(guò)程中，改變空氣流量，每次平衡后溫度分布如下圖 由圖可以看出，在多孔介質(zhì)燃燒過(guò)程中溫度分布也比較均勻，在適當(dāng)?shù)目諝馀浔认?，燃燒器的溫度范圍普遍?00度以上，比自由燃燒能夠獲得更高的溫度。當(dāng)空氣流量為1.0kL/h,1.2kL/h,1.4kL/h時(shí)燃燒器的溫度分布曲線十分接近，都達(dá)到了頂峰，這說(shuō)明多孔介質(zhì)燃燒實(shí)現(xiàn)完全燃燒對(duì)空氣的配比要求比較寬松，沒(méi)有自由燃燒嚴(yán)格，在實(shí)際使用中能夠更容易是實(shí)現(xiàn)完全燃燒。當(dāng)空氣的流量為1.8kL/h時(shí)，燃燒仍然可以進(jìn)行下去，說(shuō)明多孔介質(zhì)燃燒