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1、开口管道煤尘甲烷预混火焰动力学特性研究课题通过搭建煤尘 - 甲烷预混物燃烧火焰特性实验平台 , 结合高速摄像机、数 据采集仪和温度传感器等 , 测量得到不同条件下煤尘 -甲烷预混燃烧火焰传播形 态图、传播速度、温度等火焰传播特征参数 ,并分析煤尘 -甲烷预混燃烧火焰的传 播特性以及煤尘粒径和甲烷浓度对混合物燃烧火焰传播特性的影响。 得出以下结 论:(1) 煤尘- 甲烷预混燃烧火焰传播形态以及燃烧强度与甲烷浓度以及煤尘粒径 密切相关。甲烷浓度为 3.7%时,火焰前锋呈离散不规则状态 , 而当甲烷浓度增大为 4.5%、 6.7%时, 火焰前锋呈较规则的平面或抛物面 ;当煤尘粒径较小时 , 燃烧火焰
2、前沿较 为规则连续 , 且发出较为强烈的白光 ,表明燃烧较为剧烈 , 而随着煤尘粒径的增大 , 燃烧火焰前沿趋向于离散不规则状态 ,发出红黄色光 ,表明燃烧强度降低。 (2)在 预混燃烧火焰传播过程中 , 甲烷燃烧火焰放热和粒径大小影响热电偶温度上升时 间,但主要是甲烷浓度决定热电偶温度上升时间 ; 煤尘粒子燃烧决定火焰温度最 大值。在煤尘粒径较大(54-74卩m)时，不同甲烷浓度的温度上升时间差别很大；煤 尘粒径减小时 ,甲烷浓度为 3.7%和4.5%的温度上升时间差别不大 ,但甲烷浓度为 6.7%的温度上升时间差别较大 ；6.7%的甲烷浓度的火焰温度在预混物点燃很短的 时间内及开始上升。随
3、煤尘粒径增大 , 由于煤尘粒子的反应速率和释放的能量都 降低, 火焰温度整体随煤尘粒径增大而减小 , 但中间略有波动。(3) 火焰传播速度是由甲烷和煤粉共同决定的 ,其中甲烷对火焰传播速度影 响远远大于煤粉 , 而煤粉的火焰传播速度随粒径的增大而减小 , 因此, 当煤粉粒径 小于30-38.5卩m时，甲烷浓度对预混火焰的传播起主导作用，6.7%甲烷浓度的预 混火焰传播速度远远大于3.7%和4.5%甲烷浓度;当煤粉粒径大于30-38.5卩m寸,煤粉粒径开始影响预混火焰的传播特性 ,导致火焰传播速度降低。 同时,课题分别 采用单步化学反应模型 (the single kinetic rate mo
4、del) 和扩散-动力控制燃烧 模型(the kinetics/diffusion-limitedrate model)重现煤尘-甲烷混合物的预混燃烧过程。通过分析燃烧管道中煤尘 -甲烷混合物的预混燃烧的火焰图像以及火焰温度 并结合数值模拟方法 , 得出以下结论 :(4) 由煤尘-甲烷预混燃烧的数值模拟结果 表明,预混火焰的前锋位置以甲烷燃烧为主 ,而对于煤尘粒子 ,小部分热量在火焰 前锋内释放 , 但在火焰前锋过后 , 煤尘粒子依然持续燃烧较长的时间 , 并释放出它 的大部分热量。(5) 根据煤尘-甲烷预混燃烧火焰锋面处的温度和化学反应速率数 值模拟云图可得到预热区厚度。在不同实验条件下煤尘-甲烷预混燃烧火焰的预热区厚度在 216mn范围之 间, 且随煤尘粒径的增大 , 火焰传播速度降低 , 热量传播时间增加 , 在相同的热传 导速率条件下预热区厚度增加。随甲烷浓度增大 ,甲烷燃烧反应速率增高、释放热量增多 , 传递给预热区的热量增多 , 使得预热区厚度增大