[科普中国]-层流燃烧器

基本概念层流

层流（laminar flow）是流体的一种流动状态，它作层状的流动。流体在管内低速流动时呈现为层流，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5。

燃烧器燃烧器（burner）是使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧的装置统称。燃烧器按类型和应用领域分工业燃烧器、燃烧机、民用燃烧器、特种燃烧器几种。

在广义的燃烧器概念中，家用的热水器、煤气灶，乃至打火机等都可以认为是燃烧器的一种。按其工作原理，可以将燃烧器定义为是一种将物质通过燃烧这一化学反应方式转化热能的一种设备—即将空气与燃料通过预混装置按适当比例混兑以使其充分燃烧。燃烧器根据其不同的属性，具备多种的分类方式。按燃料方式，分为燃油燃烧器、燃气燃烧器、轻油燃烧器以及双燃料燃烧器。其中：在具体的应用，燃油燃烧器又将分为轻油燃烧器、重油燃烧器等；燃气燃烧器则分为天然气燃烧器、城市煤气燃烧器等。按燃烧器的燃烧控制方式划分：单段火燃烧器、双段火燃烧器、比例调节燃烧器。按燃料雾化方式划分为：机械式雾化燃烧器、介质雾化燃烧器；按结构划分为：整体式燃烧器以及分体式燃烧器。其中分体式燃烧器主要应用于工业生产，其主要特征为燃烧系统、给风系统、控制系统等均分解安装，该种机器主要适合于大型设备或高温等特殊工作环境。相对而言，商业用途的燃烧器因生产制造批量化，以及市场供应链中专业化程度要求不高，该产品的市场销售价格相对低廉，而分体式燃烧器因专业化要求相对较高，以及多数需要专业安装队伍，市场销售销售价格同比则相对高出很多。

预混层流燃烧层流燃烧是研究燃烧机理的重要内容。随着能源和环境问题的日益突出，降低内燃机燃油消耗率和控制内燃机有害排放的要求越来越高；因而加强对燃烧机理的研究就显得十分重要。在实际的火花点火内燃机中，火焰最初是层流火焰，随着火焰的发展，层流火焰最终转变成湍流火焰；但此时的湍流火焰发展结构是高褶皱的层流火焰，在相同的湍流强度和进气方式下，其湍流燃烧速度取决于不同燃料的化学物理性质，也就是燃料的层流燃烧特性。因此，层流火焰是湍流火焰的基础，是影响内燃机燃料燃烧状况和效率的重要因素，是理论预测燃烧过程以及研究排放物生成机理的重要依据。另外，层流燃烧速度还是用来验证燃料的化学反应机理的重要参数，同是也是模拟湍流预混火焰传播的重要输入参数之一。所以，对于燃料层流燃烧特性的研究有着重要的意义。在最近50年内，随着测试技术的不断提高，各国的研究者们在进行层流燃烧研究的同时都很注重测试设备、测试方法以及测试新技术的改进和使用。为此,文献1述了目前世界上较为常用的层流燃烧研究试验方法,包括本生灯法、平面燃烧器法、滞止面法、定容燃烧弹法,介绍其试验原理与结构,分析了各种方法的优点与缺点,为更好地开展层流燃烧的试验研究提供了的参考.

碳烟生成研究柴油机不均匀混合气的压缩着火方式是产生碳烟的根本原因。由于碳烟生成和氧化的过程十分复杂，因此至今仍然未被很好的理解和认识。对于碳烟形成原因及相关控制策略的研究，很大程度依赖于对火焰内部碳烟和其它组分的实时观测。在不干扰燃烧的情况下测量火焰碳烟分布越来越被重视。文献2制作了1个以液体为燃料可以产生层流扩散火焰的燃烧器,应用双色激光诱导炽光法(LII)技术来测量火焰中的绝对碳烟体积分数.基于在2个波长上获取的火焰中某1点的LII信号,获得被激光加热的碳烟粒子温度,同时得到此点的碳烟浓度,通过映射得到火焰的二维碳烟浓度分布.采用激光诱导荧光法可获得碳烟前驱物多环芳香烃在火焰中的二维分布,将激光诱导荧光和激光诱导炽光相结合,在柴油和生物柴油混合燃料的层流扩散火焰上进行测试.研究结果表明,随着生物柴油掺混比例的增加,碳烟和多环芳香烃的最大浓度都随之降低,浓区分布面积也进一步缩小.

抑制NOx生成煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备，其性能对燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。另一方面，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火及燃烧初始阶段生成的，通过特殊设计的燃烧器结构，可以充分运用分级燃烧的原理，达到最大限度抑制NOx生成的目的。低NOx燃烧器因此得到了广泛的开发和应用。同轴旋转分层流燃烧器是一种全新的，通过一、二次风旋流强度的适当配置，利用离心力分层原理来控制一二次风混合速度，以实现分级燃烧的低NOx燃烧器。

同轴旋转分层流燃烧器运用离心力分层原理,对一、二次风混合进行有效控制,达到分级燃烧,抑制NOx生成的目的.由于离心力的作用,同轴旋转分层流燃烧器的湍流脉动是各向异性的,这使得基于各向同性假设的k-ε模型不再适用。文献3运用作者提出的考虑离心力影响的k-ε模型(k-ε-cf 模型),对流项采用混合差分格式,对同轴旋转分层流燃烧器空气动力特性进行了数值模拟,将数值预报与实验测定进行了比较,得到了较好的结果.

相关专利发明专利4涉及一种用于燃烧器的氧化剂喷射器，其具有一个带有一个具有连续性功能的表面的喷嘴，能使辅助氧化剂在喷嘴表面上形成层流，层流同时会将热带走，并防止在邻近喷嘴表面处出现发热的自由基重新结合的现象。