電預(yù)熱多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)柴油燃燒的實(shí)驗(yàn)研究

劉宏升，王松祥，劉 林,姜霖松，解茂昭

(大連理工大學(xué) 海洋能源利用與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116024)

多孔介質(zhì)內(nèi)的燃燒是自然界和工程中廣泛存在的一種燃燒現(xiàn)象，這種新型燃燒方式在提高燃燒效率、擴(kuò)展貧燃極限、減輕環(huán)境污染等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，已受到國內(nèi)外學(xué)者越來越廣泛的關(guān)注[1].

近幾十年來，各國學(xué)者在多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)方面做了大量的研究工作，取得了豐碩的研究成果.根據(jù)燃料種類，多孔介質(zhì)內(nèi)的燃燒可分為氣體預(yù)混合燃燒和液體汽化燃燒兩種情況.氣體預(yù)混合燃燒主要涉及火焰穩(wěn)定性、火焰?zhèn)鞑ニ俣取⑴欧盘匦缘确矫鎇2].液體過濾燃燒的研究目前主要集中在實(shí)驗(yàn)方面，側(cè)重于不同燃燒器的可行性分析、火焰結(jié)構(gòu)、溫度分布和排放特性方面[3].Kaplan等[4]最早通過表面輻射燃燒方法，實(shí)驗(yàn)證明了液體庚烷在多孔介質(zhì)中燃燒的可行性及其低排放性.此后各種結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)液體燃燒器相繼出現(xiàn)，研究者們提出了兩類燃油供給方式：一類是采用霧化噴嘴供油，通過噴嘴形成細(xì)小的液體噴霧，噴射到多孔介質(zhì)表面實(shí)現(xiàn)蒸發(fā).Periasamy等[5]用噴嘴將煤油噴射到兩層多孔介質(zhì)中，研究煤油噴霧火焰的熄火特性和穩(wěn)定工作范圍.Fuse等[6]通過將超聲波輻射技術(shù)與多孔介質(zhì)燃燒器相結(jié)合,提高了乙醇在點(diǎn)火時(shí)的蒸發(fā)速率，實(shí)現(xiàn)了瞬間點(diǎn)火.另一類是無霧化噴嘴的供油方式，將液體燃料直接注入到多孔介質(zhì)中，在多孔介質(zhì)的孔隙表面形成油膜進(jìn)行蒸發(fā).Jugjai等[7]采用順流逐滴供給的方式將煤油從上部注入到多孔介質(zhì)中，在燃燒室中與旋流空氣混合后進(jìn)行燃燒.隨后，Wongwatcharaphon等[8]對(duì)Jugjai等[7]的燃燒器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，采用多孔介質(zhì)堆積床作為輻射器強(qiáng)化燃燒室溫度，改善了液體燃料蒸發(fā)與燃燒效果.

目前國內(nèi)對(duì)液體燃料在多孔介質(zhì)內(nèi)燃燒的研究相對(duì)很少.林博穎等[9]模擬了正庚烷在多孔介質(zhì)內(nèi)的定容點(diǎn)火過程，發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)能夠縮短點(diǎn)火延遲并降低壓升速率；陳靖等[10]采用大渦模擬方法和火焰面/進(jìn)度變量燃燒模型分析了乙醇-空氣稀液霧的火焰燃燒特性.孔文俊等[11]實(shí)驗(yàn)研究了燃料特性和多孔介質(zhì)類型對(duì)浸沒在多孔介質(zhì)中液體燃料燃燒的影響.王關(guān)晴等[12]提出了一種液體燃料多孔介質(zhì)燃燒裝置及其燃燒方法.Li等[13]建立了液體庚烷燃料微尺度燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分析了不同當(dāng)量比與流動(dòng)速度下的火焰特性，發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)能夠增加火焰穩(wěn)定性.劉宏升等[14]采用底部旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱結(jié)構(gòu)下的預(yù)蒸發(fā)自維持過濾燃燒.

本文采用第一類噴嘴供油方式，建立了電預(yù)熱式多孔介質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究柴油在多孔介質(zhì)內(nèi)的預(yù)蒸發(fā)燃燒特性.在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)上，分析當(dāng)量比和進(jìn)氣量對(duì)燃燒室溫度的影響，旨在探索電預(yù)熱多孔介質(zhì)情況下，燃油蒸汽的自維持燃燒特性.

1 實(shí)驗(yàn)裝置和步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，主要包括供氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、電預(yù)熱系統(tǒng)及主燃燒室5大部分.供氣系統(tǒng)主要包括高壓空氣瓶、空氣干燥器、高精度數(shù)顯流量計(jì)等.空氣從高壓氣瓶經(jīng)空氣干燥器、控制閥、數(shù)顯流量計(jì)后，由空氣進(jìn)口進(jìn)入預(yù)蒸發(fā)室.實(shí)驗(yàn)中未采用空氣壓縮機(jī)供氣，這是為了防止壓氣機(jī)啟閉所產(chǎn)生的壓力波動(dòng)對(duì)燃燒造成影響.

1—高壓空氣瓶,2—變壓器,3—空氣干燥器,4—數(shù)顯流量計(jì),5—空氣進(jìn)口,6—預(yù)蒸發(fā)室,7—數(shù)據(jù)記錄儀,8—熱電偶,9—電加熱絲,10—主燃燒室,11—煙氣分析儀,12—高速攝像儀,13—燃油噴射器,14—回油閥,15—噴油控制電路,16—電動(dòng)燃油泵,17—油箱圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental apparatus

供油系統(tǒng)主要由油箱、電動(dòng)燃油泵、噴油控制電路、回油閥及燃油噴射器組成，實(shí)驗(yàn)所用燃油為普通的 -20#柴油.實(shí)驗(yàn)時(shí)，電動(dòng)燃油泵將燃油從油箱中抽出，經(jīng)過濾器濾清雜質(zhì)再經(jīng)回油閥送至燃油噴射器，燃油噴射器采用脈沖式供油方式，噴油量由噴油控制電路調(diào)控.

圖2給出了燃油噴射器的控制電路圖.電路由電壓為12 V的直流電源驅(qū)動(dòng)，噴油控制電路的核心為555定時(shí)器，電阻RA=100 kΩ，RB=100 kΩ，RC=1 kΩ，RD=200 kΩ，電位器電阻RP=1 000 kΩ，電容C=1 μF，C1=0.01 μF，電路中配有起保護(hù)作用的半導(dǎo)體二極管D，起放大作用的半導(dǎo)體三極管T，以及起指示作用的發(fā)光二極管Dz.

圖2 噴油器控制電路Fig.2 Control circuit of the injector

圖3 Q與R1之間的關(guān)系Fig.3 Relationship between Q and R1

實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)變位器電阻R1的大小，可改變供電脈沖長度，進(jìn)而控制噴油器油孔的開啟時(shí)間.因此在固定噴油壓力下，噴油量Q大小只取決于R1.圖3給出了實(shí)驗(yàn)測(cè)得的變位器電阻R1與Q之間的關(guān)系，可以看出Q與R1近似成正比關(guān)系，于是在實(shí)驗(yàn)中可以通過調(diào)整電阻R1對(duì)Q進(jìn)行計(jì)算與控制，而不必每次實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行噴油量測(cè)量.

測(cè)量系統(tǒng)主要包括熱電偶、數(shù)據(jù)記錄儀、煙氣分析儀、數(shù)字流量計(jì)及高速攝像儀.空氣流量采用北京七星華創(chuàng)公司生產(chǎn)的D08-1F型數(shù)字流量計(jì)測(cè)量，其量程為0～300 L/min，誤差為±2%；噴油控制電路的R1由萬用表測(cè)量；溫度由熱電偶測(cè)量，所用熱電偶為鎳鉻-鎳硅鎧裝型熱電偶，外徑為1.5 mm，測(cè)量溫度范圍為 -100～1 372 ℃，精度為±0.5 ℃.溫度數(shù)據(jù)采集采用橫河MV2000型無紙數(shù)據(jù)記錄儀.

電預(yù)熱系統(tǒng)主要由變壓器和電加熱絲組成.變壓器為上海朗歌電器有限公司生產(chǎn)的TDGC2J-10型變壓器，最大功率為10 kW，通過調(diào)整供電電壓可控制預(yù)熱溫度，當(dāng)電壓范圍為14～18 V，對(duì)應(yīng)的預(yù)熱區(qū)核心溫度為750～860 ℃；電加熱絲為興化市創(chuàng)鑫電熱儀表廠生產(chǎn)，所用材料為0Cr21AL6Nb，最高使用溫度為 1 350 ℃，熔點(diǎn)為 1 510 ℃.

如圖4所示，燃燒室包括石英管、氧化鋁小球、電加熱絲、泡沫陶瓷及不銹鋼底座等.燃燒室可分為主燃燒室和下方預(yù)熱室兩部分.主燃燒室為內(nèi)徑60 mm、壁厚5 mm的氣煉型耐高溫石英管.燃燒器豎直布置，在燃燒器內(nèi)填充直徑6 mm、總長度180 mm的氧化鋁小球，小球可耐 1 750 ℃高溫，小球由燃燒器底部的泡沫陶瓷支撐，內(nèi)部布置螺旋狀電熱絲作為加熱裝置.為避免爆燃和防止火焰沖出，小球區(qū)的上方布置40 PPI(單位英寸長度上的平均孔數(shù))的多孔泡沫陶瓷.熱電偶從石英管出口側(cè)壁處插入，測(cè)點(diǎn)間隔20 mm.燃燒室底座中心處留有開孔，作為燃油噴射口.在噴油口周圍有3個(gè)螺旋進(jìn)氣口，空氣從此進(jìn)入并形成旋轉(zhuǎn)上升的氣流，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于燃油蒸汽與空氣的充分混合.

圖4 燃燒室示意圖Fig.4 Structure schematic of the combustor

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)初始階段，通過電預(yù)熱系統(tǒng)對(duì)燃燒室進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)燃燒室最高溫度達(dá)到800 ℃時(shí)預(yù)熱完成，關(guān)閉電源；同時(shí)開啟空氣閥門，并接通噴射器電源噴入燃油，由于預(yù)熱溫度較高，足以保證燃油的汽化燃燒，并不需要二次點(diǎn)火；實(shí)驗(yàn)中通過控制電加熱絲的變壓器電壓調(diào)整預(yù)熱溫度，調(diào)整空氣流量計(jì)旋鈕控制空氣流量，調(diào)整變位器電阻R1控制噴油量Q，從而進(jìn)行變工況實(shí)驗(yàn).當(dāng)一組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，待整個(gè)燃燒室冷卻至室溫后，再進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn).

圖5 預(yù)熱溫度穩(wěn)定性分析圖Fig.5 Analysis of preheating temperature stability

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 預(yù)熱溫度分布規(guī)律

為了分析預(yù)熱溫度場(chǎng)的穩(wěn)定性，圖5給出了當(dāng)中心點(diǎn)溫度分別達(dá)到750 ℃(T01)及800 ℃(T02)時(shí)，多孔介質(zhì)區(qū)預(yù)熱溫度的空間分布.圖中數(shù)字1，2，3表示實(shí)驗(yàn)組數(shù).

可以看出，預(yù)熱區(qū)溫度呈現(xiàn)中心高兩側(cè)低的分布趨勢(shì)，但沿燃燒室的軸線方向溫度并非完全對(duì)稱，接近出口處(下游)的溫度要低于空氣入口處(上游)492 ℃；對(duì)比同一位置不同實(shí)驗(yàn)組數(shù)的溫度可知，3組實(shí)驗(yàn)的溫度分布極為接近，溫度波動(dòng)在3%以內(nèi)，這種誤差首先是由數(shù)據(jù)采集頻率引起的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的溫度數(shù)據(jù)每10 s記錄一次，當(dāng)中心點(diǎn)溫度達(dá)到750 ℃時(shí)，測(cè)點(diǎn)二在10 s內(nèi)第一秒和最后一秒的溫度相差2.8 ℃；其次是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)用電為普通民用220 V電源，電網(wǎng)存在一定的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)，進(jìn)而影響供熱功率的穩(wěn)定性.整體上看，在相同供熱電壓下，預(yù)熱溫度與預(yù)熱時(shí)間基本保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，預(yù)熱溫度場(chǎng)的可重復(fù)性較好，這為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)穩(wěn)定且可控的預(yù)熱溫度場(chǎng)，同時(shí)可以為下一步的模擬研究提供相對(duì)準(zhǔn)確的初始條件.

圖7 液體預(yù)蒸發(fā)燃燒的火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象Fig.7 Flame propagation phenomena in liquid pre-evaporation combustion

圖6給出了在噴油后300 s時(shí)，不同預(yù)熱溫度對(duì)應(yīng)的燃燒室溫度分布曲線.從圖中可以看出，當(dāng)中心點(diǎn)預(yù)熱溫度T0=750 ℃時(shí)，300 s后燃燒室最高溫度可以達(dá)到962 ℃，表明柴油在燃燒室已實(shí)現(xiàn)了自維持穩(wěn)定燃燒；而當(dāng)預(yù)熱溫度T0=740 ℃時(shí)，300 s后燃燒室最高溫度降至687 ℃，說明柴油進(jìn)入燃燒室后并未燃燒或是著火后又熄滅，未能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒.需要說明的是：在本文燃燒器結(jié)構(gòu)下，燃油噴入以后，先經(jīng)過預(yù)熱蒸發(fā)后再進(jìn)行燃燒，因沒有二次點(diǎn)火過程，多孔介質(zhì)的預(yù)熱溫度是決定燃油能否穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵因素.本文通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)預(yù)熱區(qū)核心溫度高于750 ℃時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)柴油在多孔介質(zhì)內(nèi)穩(wěn)定的自維持燃燒，且穩(wěn)定火焰出現(xiàn)時(shí)間在240 s左右,為了避免預(yù)熱溫度對(duì)自維持燃燒溫度的干擾，故而選取噴油后300 s作為測(cè)量時(shí)間點(diǎn).

圖6 預(yù)熱溫度對(duì)燃燒溫度的影響Fig.6 Effect of preheating temperature on combustion temperature

2.2 火焰?zhèn)鞑?/h3>

圖7給出了燃油噴射后0.05～0.3 s內(nèi)燃燒室火焰分布情況.由圖可見，在燃燒室內(nèi)出現(xiàn)了兩種類型的火焰形態(tài)，一是溫度較高的穩(wěn)定火焰，另一種是傳播速率較快的過濾燃燒火焰.其中穩(wěn)定火焰區(qū)內(nèi)火焰充滿燃燒室內(nèi)徑，火焰前緣接近拋物線形狀，該火焰隨燃燒進(jìn)行呈現(xiàn)出火焰擴(kuò)大并向下游移動(dòng)的趨勢(shì)；而過濾燃燒火焰的形狀受多孔介質(zhì)分布的影響較大，無明顯形狀，為淡藍(lán)色的閃爍火焰.過濾燃燒火焰最早(0.05 s)出現(xiàn)在穩(wěn)定火焰區(qū)，并立刻向進(jìn)口方向(上游)傳播，到達(dá)預(yù)蒸發(fā)室受底座阻擋后迅速變向，再往出口方向(下游)傳播；這種過濾燃燒火焰的傳播速度約為1.2 m/s,遠(yuǎn)超過氣體預(yù)混合燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣?約0.1 mm/s)，與預(yù)混合燃燒中的爆燃現(xiàn)象非常相似.這表明電預(yù)熱系統(tǒng)對(duì)多孔介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了充分預(yù)熱，能夠保證液體燃料在預(yù)蒸發(fā)室內(nèi)完全汽化蒸發(fā)，形成可燃混合蒸氣并在高溫區(qū)著火，從而形成與預(yù)混合燃燒相類似的火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象.

圖8給出了多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)預(yù)熱與燃燒火焰的對(duì)比.圖中0 s對(duì)應(yīng)為預(yù)熱階段，可以看出電加熱對(duì)多孔介質(zhì)區(qū)的預(yù)熱相對(duì)均勻，預(yù)熱區(qū)溫度場(chǎng)呈層狀分布；在燃燒階段，當(dāng)燃燒進(jìn)行到480 s時(shí)，高溫區(qū)移動(dòng)到了燃燒室的中間位置，燃燒火焰亮度明顯高于電預(yù)熱階段，高溫區(qū)充滿燃燒室內(nèi)徑，呈現(xiàn)橙黃色，前沿形狀類似于拋物線，火焰形狀與預(yù)熱溫度分布存在明顯區(qū)別；當(dāng)燃燒進(jìn)行到960 s時(shí)，高溫區(qū)移動(dòng)到了燃燒室下游區(qū)域，由于受到燃燒室尺寸限制及出口散熱影響，亮度有所降低，但仍可觀察到管中心部分依舊呈現(xiàn)橙黃色.

圖8 多孔介質(zhì)中預(yù)蒸發(fā)燃燒現(xiàn)象Fig.8 Phenomena of premixed combustion in porous medium

2.3 溫度分布規(guī)律與排放特性

圖9給出了當(dāng)量比為0.7，空氣流量為0.5 L/s下，燃燒室中心溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律.可以看出，噴油后燃燒室整體溫度迅速上升、發(fā)生點(diǎn)火，隨時(shí)間推移，燃燒室中心區(qū)域溫度形成高溫區(qū)，該高溫區(qū)寬度逐漸變大并緩慢向下游移動(dòng)，移動(dòng)速度約為0.06 mm/s，燃燒室最高溫度并維持在970～1 010 ℃的范圍內(nèi)，其位置亦隨高溫區(qū)向下游緩慢移動(dòng).高溫區(qū)上游(40 mm處)溫度梯度較大，溫度隨時(shí)間急劇下降、并穩(wěn)定在385 ℃.這是由于預(yù)蒸發(fā)室內(nèi)支撐小球的泡沫陶瓷上會(huì)殘留一些燃料，這部分燃料的燃燒有利于維持預(yù)熱室溫度穩(wěn)定，從而促進(jìn)新噴入燃油的預(yù)熱蒸發(fā).在高溫區(qū)下游溫度分布相對(duì)平緩，這是由于下游區(qū)域受預(yù)熱溫度影響很小，其溫度主要取決于燃燒釋放的熱量.因燃燒主要發(fā)生在燃燒室中心區(qū)，下游吸熱相對(duì)較少，加之受出口散熱影響，導(dǎo)致下游溫度相對(duì)較低.

圖9 過濾燃燒溫度分布圖Fig.9 The temperature profiles of filtration combustion

圖10 氣體與固體溫度對(duì)比Fig.10 Contrast of temperature between gas and solid

圖10給出了兩種空氣流量(0.5和0.7 L/s)下，位于中心線80 mm處的小球球面與球心溫度對(duì)比圖.可以看出，在燃燒初期(480 s之前)球面溫度均要高于球心溫度，最大溫差分別為156.2 ℃(0.5 L/s)和164.7 ℃(0.7 L/s)，表明該位置上固體的溫度低于周圍氣體，小球尚處于吸熱階段；隨著燃燒進(jìn)行，小球內(nèi)部溫度逐漸升高，在 500～700 s期間，小球球心溫度已略高于球面溫度，但兩者數(shù)值非常接近，溫差在177 ℃以內(nèi).這表明氣固相溫度相對(duì)均衡，燃燒進(jìn)入穩(wěn)定燃燒階段；700 s以后由于火焰區(qū)逐漸離開該位置(中心線80 mm處)，導(dǎo)致球面溫度迅速下降而球心溫度則緩慢下降，這說明小球因具有較大的熱容而溫度相對(duì)穩(wěn)定.從圖10可以看出，隨著空氣流量的增加，火焰移動(dòng)速度加快，當(dāng)火焰離開后，小球內(nèi)外溫度均明顯下降.

圖11給出了燃燒室位于80和120 mm截面上的軸線溫度與壁面溫度對(duì)比.可以看出，在同一截面上，燃燒室軸線與壁面上的溫度變化趨勢(shì)基本一致，穩(wěn)定燃燒時(shí)的溫差在350.1 ℃左右.這是因?yàn)椴裼蛷牡撞恐行奶巼娙腩A(yù)蒸發(fā)室，燃油蒸汽組分主要分布在軸線附近，該區(qū)域是燃燒核心區(qū)，放熱量相對(duì)集中，同時(shí)側(cè)壁散熱對(duì)也會(huì)造成壁面溫度降低，從而導(dǎo)致軸線與壁面溫差較大.由圖可知，預(yù)熱階段燃燒室下游(120 mm)的溫度整體較低，中心與壁面溫差僅為91.6 ℃，隨著燃燒的進(jìn)行，該溫差逐漸增大并趨于穩(wěn)定；可以看出，軸線上的最高溫度與同截面上壁面處最高溫度并不是出現(xiàn)在同一時(shí)刻，壁面最高溫度要比軸線處稍早出現(xiàn)，這是因?yàn)榛鹧媲熬壭螤罱咏鼟佄锞€，火焰區(qū)等溫線并非像預(yù)熱溫度場(chǎng)呈層狀分布.

圖11 同截面處中心與壁面溫度對(duì)比Fig.11 Contrast of temperature between center and wall on the same section

圖12給出了當(dāng)量比為0.7時(shí)，不同空氣流量下的燃燒室溫度分布圖，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為噴油后300和600 s.由圖可知，隨著空氣流量的增加，相同時(shí)刻的最高溫度略有升高，如：在300 s時(shí)，當(dāng)空氣流量從0.43升到0.63 L/s，燃燒室最高溫度從921.8升到 1 016 ℃，這是因?yàn)樵诋?dāng)量比不變的情況下，空氣流量增加，單位時(shí)間進(jìn)入燃燒室的燃料量增加，燃燒放熱量增大，使最高溫度升高.隨著空氣流量的增加，高溫區(qū)范圍變得狹窄，火焰整體遷移速度從0.06增至0.12 mm/s，因?yàn)殡S著空氣流量的增加，入口速度會(huì)變大，高速氣流更容易將火焰推向下游，而且氣體膨脹速度也隨放熱量的增大而增加，從而導(dǎo)致高溫區(qū)移動(dòng)速度加快.需要注意的是，隨著空氣流量的增加，高溫區(qū)上游溫度存在明顯的下降趨勢(shì)，這一方面是因火焰遷移速度變大所致，另一方面是因?yàn)殡S著空氣流量的增加，燃油噴霧在燃燒室停留時(shí)間縮短，這將導(dǎo)致噴霧預(yù)熱不充分而對(duì)后續(xù)的燃燒過程產(chǎn)生不利影響.因此為了保證噴霧能夠充分預(yù)熱蒸發(fā)，空氣流量不宜過高，實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)量比為0.7的工況下，空氣流量在0.6 L/s以下為宜.

圖12 空氣流量對(duì)溫度分布的影響Fig.12 The effect of air flow on the temperature distribution

圖13 當(dāng)量比對(duì)溫度的影響Fig.13 The effect of equivalence ratio on the temperature

圖13給出了空氣流量為0.5 L/s時(shí)，不同當(dāng)量比條件下溫度分布的對(duì)比圖.圖中選取了當(dāng)量比分別為0.55，0.70，0.90的3種工況.從圖中可以發(fā)現(xiàn)，不同當(dāng)量比條件下燃燒室溫度分布較為相似，表明當(dāng)量比對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊懕容^小.此外，當(dāng)量比為0.70時(shí),中心區(qū)燃燒溫度最高達(dá)到992.2 ℃.這是由于在此當(dāng)量比條件下，燃油蒸汽能夠?qū)崿F(xiàn)完全燃燒，且空氣流量也相對(duì)合適，高溫火焰區(qū)移動(dòng)速度緩慢，溫度分布較理想；而當(dāng)量比為0.90時(shí)，因噴油量增多，出現(xiàn)了不完全燃燒現(xiàn)象，導(dǎo)致燃燒熱沒有完全釋放出來，最高溫度反而降低；當(dāng)量比為0.55時(shí)，因燃料減少導(dǎo)致燃燒釋放的熱量也相對(duì)較少.因此隨著當(dāng)量比的增大，燃燒溫度并不是單調(diào)增加，例如在空氣流量為0.5 L/s時(shí)，最高溫度對(duì)應(yīng)的當(dāng)量比為0.70.

3 結(jié)語

本文通過搭建多孔介質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究了液體燃料在電預(yù)熱式多孔介質(zhì)內(nèi)的燃燒特性，結(jié)果表明：電預(yù)熱溫度場(chǎng)呈穩(wěn)定的層狀分布，當(dāng)最高預(yù)熱溫度高于750 ℃時(shí)可實(shí)現(xiàn)自維持燃燒；液體噴霧在多孔介質(zhì)內(nèi)自維持燃燒火焰分為穩(wěn)定火焰和過濾燃燒火焰，前者隨時(shí)間向下游移動(dòng)；火焰面向下游移動(dòng)速度隨空氣流量增大而加快；隨著當(dāng)量比的增大，高溫區(qū)移動(dòng)速度幾乎不變，但最高燃燒溫度升高較大.