堆积床内非驻定过滤燃烧的一维研究.pdfVIP

计 算 物 理 第23卷第2期 V01．23．No．2 CHINESE OFCOMPUTATIONALPHYSICS 2006年3月 JOURNAL Mar．，2006 [文章编号]1001—246X(2006)02—0217—07 堆积床内非驻定过滤燃烧的一维研究 张根垣， 陈义良， 刘明侯， 叶桃红， 王海峰 (中国科学技术大学热科学和能源工程系，安徽合肥230027) [摘要]多孑L介质内气体过滤燃烧不同于自由流中燃烧，燃气与多孑L介质强烈换热．热波波速和燃烧波波速 是燃烧过程的特征参数．以惰性堆积床内的甲烷／空气的低速过滤燃烧为例，提出一维解析模型，用摄动理论推 导出燃烧波波速，用直接求解方法和格林函数方法给出充分发展后的和瞬态的燃烧温度分布，并进行计算验证． [关键词] 多子L介质；过滤燃烧；燃烧波；摄动理论；格林函数 [中图分类号]TKl6 [文献标识码] A 0 引言 多孔介质内过滤燃烧分固体构架提供燃料和固体构架完全惰性两种，其燃烧机理远不同于自由流中燃 波速)对多孔介质内过滤燃烧进行分类，认为低速过滤燃烧(燃烧波波速1mm·s“)的火焰传播机理取决于 o． 气固相间换热和固体的传热特性，并用双温度模型预示了充分发展后的燃烧波波速¨’2 在惰性多孑L介质内组织低速过滤燃烧，因气固相间的强对流换热、固体的强传热，改善了系统对未燃气 的预热效果，促进了火焰区的化学反应，具有可燃极限宽、温度分布均匀、污染物排放少、火焰稳定性好等优 一维稳态理论分析，忽略气体输运，假定常热物性和无限大气固相间对流换热系数，用单温度模型预测了火 焰温度，得出燃烧波波速接近于热波波速时，火焰温度会远远高于绝热火焰温度‘5o．Henneke等考虑了弥散效 应，引人详细的辐射和化学反应模型，对相同燃烧过程进行了瞬态数值模拟№。． 焰温度时作了无限大相间对流换热系数的假定，而且都基于常热物性假定，虽然对一些特征燃烧现象给予了 理论阐述，但估算结果与实验结果的差别较大心’5o．本文用一维瞬态的反应流模型描述惰性堆积床内甲烷／空 气的低速预混燃烧过程，引入气固相问导热系数k。[4J，提出修正的单温度模型；基于此模型，用新的火焰区 摄动理论推导充分发展后的燃烧波波速；分别用直接求解方法和格林函数方法求解充分发展后的温度场和 瞬态温度场；计算实现解析方法，考虑热物性参数在不同区域的取值，计算燃烧波波速和系统温度分布，对比 计算结果与实验结果H一，验证解析方法并分析燃烧特性． 1数学物理模型 基于一维层流反应流模型，对多孔介质内低速过滤燃烧过程作若干假定，使用一步反应机理，得简化的 双温度模型方程㈨ (1) ￡cgID。警…以“。等咄孥“(-剐“。一To)叫^。， [收稿日期]2005—03—25；[修回日期]2005—11—17 [基金项目]国家自然科学基金(NoNo资助项目 [作者简介]张根垣(1982一)，男，江苏淮安，博士生，从事小尺度流动与燃烧研究，中国科学技术大学230027 万方数据万方数据 218 计 算 物 理 第23卷 (2) (1-出鼎警地孥地(t一)-(1-e)hw(t一哦 初始条件为 r。(菇，0)=驴。(戈)，T。(茗，0)=妒。(x)， (3) 边界条件为 菇=