本文關(guān)鍵詞：金屬纖維燃燒器燃燒低濃度煤層氣的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤礦井下抽采所得CH4濃度在30%以下的瓦斯氣體稱為低濃度煤層氣，當(dāng)?shù)蜐舛让簩託庵蠧H4濃度在5%-16%的爆炸范圍內(nèi)時(shí)利用普通燃燒器燃燒有巨大安全隱患。目前由于技術(shù)的局限，煤礦開(kāi)采所得低濃度煤層氣大部分均被禁止利用而直接排空。大量的排空會(huì)造成環(huán)境污染以及能源浪費(fèi)，因而尋求安全高效回收利用低濃度煤層氣的方法，對(duì)節(jié)能減排意義重大。金屬纖維燃燒器由于具有較低的污染物排放量、較高的燃燒效率、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)良特性近年來(lái)備受關(guān)注，利用其實(shí)現(xiàn)安全高效燃燒爆炸濃度瓦斯氣體，有重要的研究意義。 本文對(duì)爆炸濃度瓦斯氣體在火炬筒體內(nèi)對(duì)稱布置的五個(gè)金屬纖維燃燒器表面的燃燒特性進(jìn)行了三維數(shù)值模擬和初步實(shí)驗(yàn)研究。并設(shè)計(jì)和搭建了相應(yīng)的燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為下一步實(shí)驗(yàn)測(cè)試和研究奠定了基礎(chǔ)。 數(shù)值模擬采用有限速率/渦耗散模型、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型。通過(guò)分析燃燒速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及組分濃度場(chǎng)反映了火炬筒體和金屬纖維燃燒器在不同預(yù)混氣體流速以及CH4濃度下的流動(dòng)和燃燒特性。模擬結(jié)果表明：冷態(tài)條件下，預(yù)混氣體在金屬纖維燃燒器壁面均勻出流，說(shuō)明金屬纖維燃燒器在冷態(tài)下有較好的預(yù)混氣體流動(dòng)特性。熱態(tài)條件下，預(yù)混氣體CH4濃度為10%時(shí)，在0.5m/s、0.7m/s、0.9m/s、1.1m/s四種流速下燃燒器的燃燒效率均能達(dá)到99.5%以上。其中，流速為1.1m/s時(shí)整個(gè)火炬筒體內(nèi)的湍動(dòng)以及氣流間的對(duì)沖最為強(qiáng)烈，相同計(jì)算區(qū)域內(nèi)較其它流速擁有更高的CH4燃燒效率以及反應(yīng)物的生成速率。但火焰鋒面離燃燒器圓筒壁面較遠(yuǎn)、燃燒溫度高且高溫區(qū)域分布廣，火焰鋒面高將會(huì)增大燃燒器以及火炬筒體的尺寸，而較多的高溫區(qū)則會(huì)加速NOX的生成，對(duì)NOX排放不利。流速為0.5m/s和0.7m/s時(shí)燃燒進(jìn)行較慢，燃燒相對(duì)滯后，0.5m/s時(shí)CH4的燃燒效率最低，而0.7m/s時(shí)反應(yīng)物的生成速率最低。但火焰鋒面離燃燒器圓筒壁面較近且高溫區(qū)域較少。在四種流速下火炬筒體內(nèi)的溫度峰值和燃燒效率差距不大，說(shuō)明預(yù)混燃燒器對(duì)不同燃燒負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在得到綜合性能最佳的預(yù)混氣體流速的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的數(shù)值模擬研究考察了預(yù)混氣體流速為0.9m/s，CH4濃度分別為6%、8%、10%時(shí)的燃燒情況，結(jié)果表明當(dāng)CH4濃度為6%時(shí)的燃燒效率最高，污染物排放量最低且高溫區(qū)較少，同時(shí)不回火，不脫火，具有較高的燃燒穩(wěn)定性。數(shù)值模擬結(jié)果表明，預(yù)混氣體流速為0.9m/s，CH4濃度為6%為最佳燃燒工況，該結(jié)果為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供了最佳參考實(shí)驗(yàn)工況。 本文還設(shè)計(jì)并搭建了金屬纖維燃燒器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，，后續(xù)計(jì)劃通過(guò)實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量、數(shù)值分析以及數(shù)值模擬和工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，對(duì)金屬纖維燃燒器燃燒爆炸濃度瓦斯氣體的安全可靠性以及污染物排放特性有進(jìn)一步的論證，同時(shí)為金屬纖維燃燒器燃燒低濃度煤層氣的工業(yè)化奠定一定的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：爆炸濃度瓦斯氣體 金屬纖維燃燒器 數(shù)值模擬 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TD712.6
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 主要符號(hào)表9-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 低濃度煤層氣能源化現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 提純技術(shù)11-12
• 1.2.2 燃燒技術(shù)12-15
• 1.3 金屬纖維燃燒器燃燒技術(shù)15-19
• 1.3.1 燃燒器發(fā)展史15
• 1.3.2 燃燒方式15-17
• 1.3.3 金屬纖維燃燒器簡(jiǎn)介17-19
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容和意義19-22
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.4.2 研究意義20-22
• 2 數(shù)值分析模型22-32
• 2.1 物理模型22-24
• 2.1.1 模型基本結(jié)構(gòu)22-23
• 2.1.2 模型的假定23-24
• 2.2 數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.2.1 基本控制方程24
• 2.2.2 湍流模型24-25
• 2.2.3 燃燒模型25-26
• 2.2.4 燃燒反應(yīng)機(jī)理26
• 2.3 數(shù)值求解方法26-28
• 2.3.1 計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格劃分26-27
• 2.3.2 控制方程的離散27
• 2.3.3 邊界條件27
• 2.3.4 離散方程組的求解27-28
• 2.4 相關(guān)參數(shù)計(jì)算28-31
• 2.4.1 燃料參數(shù)28
• 2.4.2 流速及流量參數(shù)28-29
• 2.4.3 流動(dòng)阻力29-30
• 2.4.4 理論燃燒溫度計(jì)算30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 3 數(shù)值模擬結(jié)果分析32-64
• 3.1 冷態(tài)流場(chǎng)分析32-35
• 3.2 熱態(tài)下不同入口流速對(duì)燃燒的影響35-54
• 3.2.1 速度場(chǎng)分布36-39
• 3.2.2 溫度場(chǎng)分布39-45
• 3.2.3 CH_4組分分布45-49
• 3.2.4 CO、CO_2、H_2O 組分分布49-54
• 3.3 熱態(tài)下不同 CH_4含量對(duì)燃燒的影響54-61
• 3.3.1 溫度場(chǎng)分布54-56
• 3.3.2 CH_4及生成物組分分布56-61
• 3.4 本章小結(jié)61-64
• 4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)64-74
• 4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>64
• 4.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)64-71
• 4.2.1 供氣系統(tǒng)65-66
• 4.2.2 安全輸送保障系統(tǒng)66-68
• 4.2.3 燃燒系統(tǒng)68-69
• 4.2.4 安全監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)69-70
• 4.2.5 煙氣測(cè)量系統(tǒng)70-71
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)步驟71-73
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)方法71
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟71-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 5 結(jié)論及展望74-76
• 5.1 結(jié)論74-75
• 5.2 展望75-76
• 致謝76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 附錄82
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文82
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目82

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1 黃志甲,張旭,胡國(guó)祥;金屬纖維燃燒器在中餐燃?xì)獬床嗽畹膽?yīng)用[J];煤氣與熱力;2003年03期

2 要大榮,傅忠誠(chéng),潘樹源,艾效逸;金屬纖維燃燒器的燃燒特性研究[J];煤氣與熱力;2005年10期

3 王振興;廖雄;楊俊杰;;全預(yù)混金屬纖維燃燒器的研究[J];煤氣與熱力;2011年06期

4 傅忠誠(chéng);要大榮;艾效逸;潘樹源;;金屬纖維燃燒器CO和NO_x排放特性[J];煤氣與熱力;2006年02期

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1 崔玉周;金屬纖維燃燒器頭部特性數(shù)值模擬與分析[D];華中科技大學(xué);2006年

2 陶冶;金屬纖維燃燒器燃燒低濃度煤層氣的數(shù)值模擬[D];重慶大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：金屬纖維燃燒器燃燒低濃度煤層氣的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：345815