稀释剂和氧浓度对甲烷非预混MILD富氧燃烧影响的模拟研究

作者：司济沧; 舒子云; 王国昌; 王勃; 米建春^*

来源：中国电机工程学报, 2021, 41(11): 3692-3702.

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.201621

• 中度与极度低氧稀释富氧燃烧
• 非预混
• 稀释剂
• 氧浓度
• 湍流–化学相互作用

通过数值模拟方法研究了不同氧化剂(O2/N2、O2/CO2和O2/H2O)和燃烧器出口氧浓度(21%～30%)对15kW实验炉内甲烷非预混中度与极度低氧稀释(moderateorintenselowoxygen dilution,MILD)富氧燃烧的流场、燃烧场及湍流–化学相互作用的影响。研究结果表明,不同稀释剂下炉内流动和烟气卷吸情况几乎相同,但在炉内反应方面存在较大差异。各稀释剂下炉内燃烧温度和CO、OH浓度的高低顺序为:N2>CO2>H2O。而且,N2稀释时炉内存在集中的高温区(>1800K),且温度和组分浓度随氧浓度增大而快速升高。而CO2或H2O稀释时炉内温度、组分分布均匀,且对氧浓度变化不敏感。另外,相比CO2或H2O稀释,N2稀释下反应区内的层流火焰速度和Damk?hler数(Da)更大,且随氧浓度的升高而急剧增加,30%氧浓度下已经进入传统薄反应区燃烧模式。而CO2或H2O的稀释可以显著降低层流火焰速度,增长化学反应时间,减小Da数,在高氧浓度下依旧保持在分布式反应区,即MILD燃烧区。因此,相比N2稀释,CO2或H2O稀释下更有利于建立MILD富氧燃烧。

• 单位
  中国舰船研究设计中心; 北京市科学技术奖励工作办公室; 北京大学