富氧氣氛下層流預混火焰燃燒特性研究

于 灝，張建邦，康桐瑞，王春華

（遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順113001）

生物質能是一種以生物質為載體的能量，具有分布廣、可再生的優點[1-2]，而且也是唯一一種可再生的碳能源[3-4]。生物質能雖然豐富，但由于大部分生物質含水量較高、組成復雜，直接燃燒，燃燒效率較低、污染排放不達標，所以將生物質轉化為氣體燃料使用，不僅燃燒效率得到提高，而且減少了直接燃燒造成的污染。目前國內外對于富氧燃燒技術的研究多集中于污染物排放、改善換熱和化學機理方面的研究，而且使用的燃料多為化石能源[5-6]，對生物質氣的火焰特性研究更是幾乎沒有。

本文利用數值仿真方法，研究生物質氣在富氧氣氛層流預混中的燃燒特性，為以后加熱爐燃燒生產提供依據。

1 研究對象

選用的生物質氣中H2、CO、CO2、N2的體積分數分別為0.35，0.4，0.23 和0.02，化學當量比設定為1。模擬的過程中，O2濃度分別取0.21、0.25、0.30、0.35、0.40、0.60、0.80、1。

2 物理模型和數學模型

2.1 物理模型的建立

為方便計算，對于整個預混燃燒模型做出假設：

（1）面積相對于反應區域是無限大的，將火焰流動視為一維、等面積流動；（2）將壓力設為常數，并且過程中氣體不可壓；（3）將反應過程定義為絕熱過程，忽略熱輻射；（4）混合氣體在噴嘴噴入前已均勻混合。

建立的物理模型如圖1 所示，其長度設為1 cm。

圖1 層流預混下的物理模型示意圖

2.2 數學模型的建立

平面一維自由預混火焰控制方程由四個子方程組成[7]。

（1）連續性方程

（2）組分守恒方程

穩定流動時，在……