[发明专利]泡沫陶瓷燃烧器的火焰区厚度模拟监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及泡沫陶瓷燃烧器技术领域，特别是涉及一种泡沫陶瓷燃烧器的火焰区厚度模拟监测方法。

背景技术

多孔介质中的预混合燃烧是一个包含化学反应及导热、对流和热辐射三种换热方式互相耦合的复杂过程。从理论上研究多孔介质预混合燃烧，建立燃烧的数学模型是众多研究人员努力的方向。大部分研究者都在实验研究的基础上，通过适当简化，建立了燃烧数学模型，再通过数值计算的方法，得到和实验基本一致的结果，验证了燃烧模型的有效性。一般都假定多孔介质为各向同性的惰性灰体，忽略多孔介质内的压力降和散射作用，火焰是一维的、气流速度足够小，在此基础上建立基于Arrhenius反应速度定律的单步不可逆反应模型模拟燃烧反应，以降低问题的复杂性。

但由于锅炉内预混合燃烧中涉及不完全燃烧反应的中间过程，传统技术无法准确测量出火焰区厚度，无法及时判断当前燃烧器内是否燃烧充分，导致燃烧器的燃烧效率不高。

发明内容

基于此，本发明提供一种泡沫陶瓷燃烧器的火焰区厚度模拟监测方法，能监测所述泡沫陶瓷燃烧器中的火焰区厚度。

一种泡沫陶瓷燃烧器的火焰区厚度模拟监测方法，包括如下步骤：

生成泡沫陶瓷燃烧器的物理模型；

采用控制容积能量平衡法建立泡沫陶瓷燃烧器的预混燃烧控制模型；

对所述预混燃烧控制模型进行离散，得到离散控制模型；

根据所述离散控制模型和所述物理模型，对所述泡沫陶瓷燃烧器的预混燃烧进行数值模拟，得到所述泡沫陶瓷燃烧器的燃烧模型；

根据所述燃烧模型，监测所述泡沫陶瓷燃烧器的火焰区厚度。

上述泡沫陶瓷燃烧器的火焰区厚度模拟监测方法，采用控制容积能量平衡法建立泡沫陶瓷燃烧器的预混燃烧控制模型，再对其进行离散，得到离散控制模型，保证了数学模型的可靠性和稳定性，因此根据燃烧器的物理模型生成的燃烧模型精确度非常高，能实时监测泡沫陶瓷燃烧器中的火焰区厚度，及时判断当前燃烧器内是否充分燃烧。

附图说明

图1为本发明泡沫陶瓷燃烧器的火焰区厚度模拟监测方法在一实施例中的流程示意图。

图2为边界节点示意图。

图3为出口边界节点和进口边界节点示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，是本发明泡沫陶瓷燃烧器的预混燃烧模拟监测方法在一实施例中的流程示意图，包括如下步骤：

S11、生成泡沫陶瓷燃烧器的物理模型；

本实施例的泡沫陶瓷燃烧器，整个装置包括燃烧器、点火器、绝热层和通气孔等部分。燃烧器主要由能使燃气和空气得以充分混合的预混室和装有多孔泡沫陶瓷芯的燃烧管组成。燃烧管竖直向上，燃气和空气分别从预混室下端进入室内。预混室内填充大孔径泡沫陶瓷块，以使气体在向上流动过程中经众多不规则缝隙通道流动而相互掺混，均匀进入燃烧管，预混可燃气体在泡沫陶瓷内形成稳定的火焰锋面，燃烧后流出泡沫陶瓷层。为减少管内火焰及燃烧产物的径向热量损失，使实验能接近于一维燃烧条件，管外包有一层耐高温的陶瓷纤维绝热层。根据泡沫陶瓷燃烧器的物理参数，在稳定燃烧状态下，整个燃烧过程可以按一维定常流动来处理。

本实施例中，为了建立燃烧的数学模型，对后续更为精确地模拟泡沫陶瓷燃烧器的预混燃烧，需对泡沫陶瓷燃烧器的物理模型做如下的修正：

泡沫陶瓷基质处理为连续介质；

混合气体为理想气体，气体混合物在稳定燃烧过程中，各组分的化学性质(活化能Ea，指前因子A等)不变，忽略弥散效应和Dufour效应的影响；

燃烧反应为总体单步不可逆反应，并服从Arrehnius定律，忽略泡沫陶瓷的潜在的催化效应；

泡沫陶瓷为各向同性的发射、吸收和散射热辐射的灰介质；

设定气体在多孔介质中以较低的速度流动，即不考虑压力梯度的变化，忽略体积力的影响，认为混合气是透明的气体，忽略混合气的热辐射。

S12、采用控制容积能量平衡法建立泡沫陶瓷燃烧器的预混燃烧控制模型；

对于泡沫陶瓷燃烧器内的燃烧过程，气、固相的传热能力有明显差异，气体燃料燃烧释放出来的热量不可能立刻完全传递给固体基质，因此两相之间存在局部温差，即二者处于局部非热平衡状态，应分别建立能量输运方程，并通过两相之间的表面对流换热系数将这两个方程耦合起来，这一点与普通的预混燃烧不同。本实施例引入多孔介质的体积孔隙率ε以描述固相介质的存在对燃烧的影响。