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1、多孔介质燃烧实验报告班级：08081801学号：0808180122姓名：黄锦宏 指导老师：谭洪一、实验背景：多孔介质，即由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空 隙构成的介质。多孔介质是由多相物质所占据的共同空间，也是多相物质共存的 一种组合体，没有固体骨架的那部分空间叫做孔隙，由液体或气体或气液两相共 同占有，相对于其中一相来说，其他相都弥散在其中，并以固相为固体骨架，构 成空隙空间的某些空洞相互连通。多孔介质是一种具有大孔隙率和光学厚度的透 气性固体。多孔介质的存在使燃料和氧气的接触面积变大，燃烧过程中，多孔介 质内气相的燃烧放热、内部导热、对流、传质和固相内部导热、辐射及
2、气、固两 相之问的对流换热互相耦合，这种复杂的传热和化学反应过程就构成新颖、独特 的燃烧方式。燃料和氧化剂（氧气或空气）按一定的比例预先均匀混合，再送入燃烧室中进 行燃烧的方法称为预混合燃烧。多孔介质内预混合燃烧是指预混合气体通过颗粒 或小球填充床、蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷、毛毡滤芯、金属薄片叠层、纤维膨化结构 等多孔介质固体框架缝隙内的燃烧。多孔介质燃烧优点有很多，相对于气体，多孔介质具有更良好的热交换特性， 使燃烧区域温度迅速趋于均匀；相对于自由空间，多孔介质有更大的固体表面积， 因而具有很强的蓄热能力。由于多孔介质的存在，在燃烧过程中，通过各种换热 形式，尤其为辐射放热，大部分反应区产生的热量
3、回流有效预热未燃混合气体， 使燃烧保持更好的稳定性。大量的研究表明多孔介质中的预混燃烧可大幅度提高 燃烧速率，显著增强火焰稳定性，提高火焰温度，扩展贫燃极限，降低有害污染 物的排放量。二、实验目的：研究可燃气体混合物在耐高温、导热性能较好的多孔介质里的燃烧情况，并 且与无多孔介质时加以对比。通过监测分析燃烧室各处的温度变化来分析多孔介 质对燃烧的促进作用。三、实验系统与设备本研究的实验装置结构系统包括燃烧器、供气系统和测量系统三个部分。燃 烧器由预混室和燃烧室组成。燃烧室下部装置厚20mm,孔径为1mm的直孔陶瓷板， 用以对预混气体进行整流，使预混气体尽量均匀地进入燃烧室燃烧。燃烧室中填 充的
4、多孔介质为泡沫陶瓷片（主要成分为SiC）四、实验系统图：1液化石油气；2减压阀；3 , 9球阀；4, 8流量计；5预混室；6燃烧室；7流量计；10稳压储气罐；11空压机 五、实验系统 燃烧器：燃烧室结构示意图1直孔陶瓷板（两片）；2均匀孔径多孔介质（图中为四片）；3 T1-T12为热电偶（共12个，相互间距10mm）； 4石英玻璃管供气系统：实验用燃气为常用液化石油气（丙烷、丁烷体积分数各占36%，64%）。 液化石油气经减压阀后进入预混室与空气混合。空气源由空气压缩机供给，经过 稳压罐后进入到预混室。在进入预混室之前，液化石油气和空气都由玻璃转子流 量计监测流量，另用U型管测量空气流量计出口
5、压力，用以测空气流量时的修正。 测量系统：实验所选用流量计为燕山仪表总厂生产的LZB-4 （量程为25250L/h， 测量燃气流量）和LZB-15 （量程为6006000L/h，测量空气流量）型玻璃转子流 量计。实验时需要对流量数据按以下公式进行修正：QS=QNPN=1.013 X 105Pa，TN=293.15K, P N=1.2046Kg/m3PS, TS , pSN-被测气体在测量时的绝对压力，绝对温度以及被 测气体在标准状态下的密度。Z :气体压缩系数。燃烧室轴向隔10mm均匀布置12个K型热电偶，通过补偿导线与惠普34970A巡回检 测仪相连，测量燃烧室壁面温度分布。惠普温度采集仪与
6、微机相连，对温度实时 采集处理。六、实验方法和步骤：实验分别进行自由火焰燃烧和加入不同厚度多孔介质燃烧共五种燃烧工况， 具体方案如下：1）自由火焰燃烧试验：先把燃气固定在某一流量，然后根据不同的当量比 调节空气流量，观察混和气体在燃烧室内的燃烧状况，测量外壁面的温度分布。2）放入多孔陶瓷片燃烧试验：先把燃气固定在某一流量（本实验分别为 50L/h）,然后根据不同的当量比调节空气流量，观察混和气体在燃烧室内的燃烧 状况，测量外壁面的温度分布。实验开始时，从燃烧器顶端出口处点火，实验过程中发现，当燃气流量较大 并且空气量小于理论空气量时比较容易着火。当着火以后，调节燃气和空气流量 接近理想配比，使
7、火焰尽快稳定下来。等到燃烧面烧到直孔陶瓷板表面时，开始 调节燃气和空气流量到试验设定值，按计划做试验。火焰稳定的过程大概要15 到30分钟，随着多孔介质厚度的增加，所需的时间会长一些。实验中，惠普温度采集仪设定为每10秒种采集一组数据。先把燃气流量调 节到设定值，然后调节空气流量到设定值，记录调节时候的时间，观察火焰燃烧 的状况以及微机上显示的所采集温度的变化，以确定燃烧工况是否稳定。待燃烧 稳定后调节流量到下一组设定值继续试验。本实验过程中每一燃烧工况大概在2 到5分钟，个别时间会长一些。实验后，通过对以上所测数据进行比较分析，验证多孔介质在燃烧器中使 用的可行性和优越性，并分析实验过程中所
8、出现的问题，寻求最佳的燃烧效果： 即既要保证燃气在燃烧室内稳定燃烧又能使燃烧室壁面温度高且分布均匀。七、实验数据与分析：1）燃烧器外围温度分布实验用燃气为常用液化石油气（丙烷、丁烷体积分数各占36%，64%），实验 使用燃气的流量为40L/h，计算所需空气理论流量为1.135kL/h。空气 nt m.atESW上图为同一空气流量下，自由燃烧和多孔介质燃烧温度分布对比图。由图可知当 空气的流量接近理论燃烧空气流量时，多孔介质燃烧燃烧器外围的温度分布明显 高于自由燃烧温度分布。当空气流量为1.0kL/h、1.2kL/h时，空气充足，燃料 完全燃烧，故温度明显高于自由燃烧。当空气流量为1.6kL/h
9、时，多孔介质燃烧 仍然可以稳定进行，火焰面被空气吹向燃烧器上部，故上部温度高，而此时自由 燃烧已经不能够稳定进行，发生了吹熄现象。2）空气量变化对温度分布的影响1、空气量变化对自由燃烧温度分布的影响在自由燃烧过程中，固定燃料量为40L/h，调节空气流量，每次平衡后温度400 一分布如下图：由图可以看出，自由燃烧在燃烧器内的温度分布也比较均匀，温度范围在 290-375度之间。空气流量在1.2kL/h时，空气流量最接近理论的1.135kL/h，燃 烧器温度分布也最高，当空气量为1.4kL/h时，燃烧器温度分布明显可以看到下 降了。当空气流量为1.8kL/h时，发生了吹熄现象，自由燃烧已经不能进行
10、了。 2、空气量变化对多孔介质燃烧温度分布的影响同等燃料流量，在多孔燃烧过程中，改变空气流量，每次平衡后温度分布 如下图由图可以看出，在多孔介质燃烧过程中温度分布也比较均匀，在适当的空气 配比下，燃烧器的温度范围普遍在400度以上，比自由燃烧能够获得更高的温度。 当空气流量为1.0kL/h,1.2kL/h,1.4kL/h时燃烧器的温度分布曲线十分接近，都 达到了顶峰，这说明多孔介质燃烧实现完全燃烧对空气的配比要求比较宽松，没 有自由燃烧严格，在实际使用中能够更容易是实现完全燃烧。当空气的流量为 1.8kL/h时，燃烧仍然可以进行下去，说明多孔介质燃烧拓展了贫燃极限。八、结论：两者对比可以发现，多孔介质燃烧相对于自由燃烧具有以下优点：一、多孔 介质室燃烧室内的温度分布更加稳定，也就是取得了更加稳定的燃烧。二、能够 拓展贫燃极限，在燃料很低时仍能稳定燃烧。三、有多孔介质的情况下，能较好 的防止热辐射在空间的散逸，也就进一步提高了燃烧效果，提高了混合气燃烧的 效率。
