層流燃燒器是指燃燒物質或火焰作層流流動的燃燒器。
基本介紹
- 中文名：層流燃燒器
- 外文名：laminar flow burner
- 基本釋義：燃燒物質或火焰作層流流動
- 分類：燃燒器
- 領域：能源利用
- 學科：化學
基本概念,層流,燃燒器,預混層流燃燒,碳煙生成研究,抑制NOx生成,相關專利,
基本概念
層流
層流（laminar flow）是流體的一種流動狀態，它作層狀的流動。流體在管內低速流動時呈現為層流，其質點沿著與管軸平行的方向作平滑直線運動。流體的流速在管中心處最大，其近壁處最小。管內流體的平均流速與最大流速之比等於0.5。
燃燒器
燃燒器（burner）是使燃料和空氣以一定方式噴出混合燃燒的裝置統稱。燃燒器按類型和套用領域分工業燃燒器、燃燒機、民用燃燒器、特種燃燒器幾種。
在廣義的燃燒器概念中，家用的熱水器、煤氣灶，乃至打火機等都可以認為是燃燒器的一種。按其工作原理，可以將燃燒器定義為是一種將物質通過燃燒這一化學反應方式轉化熱能的一種設備—即將空氣與燃料通過預混裝置按適當比例混兌以使其充分燃燒。燃燒器根據其不同的屬性，具備多種的分類方式。按燃料方式，分為燃油燃燒器、燃氣燃燒器、輕油燃燒器以及雙燃料燃燒器。其中：在具體的套用，燃油燃燒器又將分為輕油燃燒器、重油燃燒器等；燃氣燃燒器則分為天然氣燃燒器、城市煤氣燃燒器等。按燃燒器的燃燒控制方式劃分：單段火燃燒器、雙段火燃燒器、比例調節燃燒器。按燃料霧化方式劃分為：機械式霧化燃燒器、介質霧化燃燒器；按結構劃分為：整體式燃燒器以及分體式燃燒器。其中分體式燃燒器主要套用於工業生產，其主要特徵為燃燒系統、給風系統、控制系統等均分解安裝，該種機器主要適合於大型設備或高溫等特殊工作環境。相對而言，商業用途的燃燒器因生產製造批量化，以及市場供應鏈中專業化程度要求不高，該產品的市場銷售價格相對低廉，而分體式燃燒器因專業化要求相對較高，以及多數需要專業安裝隊伍，市場銷售銷售價格同比則相對高出很多。
預混層流燃燒
層流燃燒是研究燃燒機理的重要內容。隨著能源和環境問題的日益突出，降低內燃機燃油消耗率和控制內燃機有害排放的要求越來越高；因而加強對燃燒機理的研究就顯得十分重要。在實際的火花點火內燃機中，火焰最初是層流火焰，隨著火焰的發展，層流火焰最終轉變成湍流火焰；但此時的湍流火焰發展結構是高褶皺的層流火焰，在相同的湍流強度和進氣方式下，其湍流燃燒速度取決於不同燃料的化學物理性質，也就是燃料的層流燃燒特性。因此，層流火焰是湍流火焰的基礎，是影響內燃機燃料燃燒狀況和效率的重要因素，是理論預測燃燒過程以及研究排放物生成機理的重要依據。另外，層流燃燒速度還是用來驗證燃料的化學反應機理的重要參數，同是也是模擬湍流預混火焰傳播的重要輸入參數之一。所以，對於燃料層流燃燒特性的研究有著重要的意義。在最近50年內，隨著測試技術的不斷提高，各國的研究者們在進行層流燃燒研究的同時都很注重測試設備、測試方法以及測試新技術的改進和使用。為此,文獻述了目前世界上較為常用的層流燃燒研究試驗方法,包括本生燈法、平面燃燒器法、滯止面法、定容燃燒彈法,介紹其試驗原理與結構,分析了各種方法的優點與缺點,為更好地開展層流燃燒的試驗研究提供了的參考.
碳煙生成研究
柴油機不均勻混合氣的壓縮著火方式是產生碳煙的根本原因。由於碳煙生成和氧化的過程十分複雜，因此至今仍然未被很好的理解和認識。對於碳煙形成原因及相關控制策略的研究，很大程度依賴於對火焰內部碳煙和其它組分的實時觀測。在不干擾燃燒的情況下測量火焰碳煙分布越來越被重視。文獻製作了1個以液體為燃料可以產生層流擴散火焰的燃燒器,套用雙色雷射誘導熾光法(LII)技術來測量火焰中的絕對碳煙體積分數.基於在2個波長上獲取的火焰中某1點的LII信號,獲得被雷射加熱的碳煙粒子溫度,同時得到此點的碳煙濃度,通過映射得到火焰的二維碳煙濃度分布.採用雷射誘導螢光法可獲得碳煙前驅物多環芳香烴在火焰中的二維分布,將雷射誘導螢光和雷射誘導熾光相結合,在柴油和生物柴油混合燃料的層流擴散火焰上進行測試.研究結果表明,隨著生物柴油摻混比例的增加,碳煙和多環芳香烴的最大濃度都隨之降低,濃區分布面積也進一步縮小.
抑制NOx生成
煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統中的關鍵設備，其性能對燃燒設備的可靠性和經濟性起著主要作用。另一方面，占NOx絕大部分的燃料型NOx是在煤粉的著火及燃燒初始階段生成的，通過特殊設計的燃燒器結構，可以充分運用分級燃燒的原理，達到最大限度抑制NOx生成的目的。低NOx燃燒器因此得到了廣泛的開發和套用。同軸旋轉分層流燃燒器是一種全新的，通過一、二次風旋流強度的適當配置，利用離心力分層原理來控制一二次風混合速度，以實現分級燃燒的低NOx燃燒器。
同軸旋轉分層流燃燒器運用離心力分層原理,對一、二次風混合進行有效控制,達到分級燃燒,抑制NOx生成的目的.由於離心力的作用,同軸旋轉分層流燃燒器的湍流脈動是各向異性的,這使得基於各向同性假設的k-ε模型不再適用。文獻運用作者提出的考慮離心力影響的k-ε模型(k-ε-cf 模型),對流項採用混合差分格式,對同軸旋轉分層流燃燒器空氣動力特性進行了數值模擬,將數值預報與實驗測定進行了比較,得到了較好的結果.
相關專利
發明專利涉及一種用於燃燒器的氧化劑噴射器，其具有一個帶有一個具有連續性功能的表面的噴嘴，能使輔助氧化劑在噴嘴表面上形成層流，層流同時會將熱帶走，並防止在鄰近噴嘴表面處出現發熱的自由基重新結合的現象。
