《微通道液體燃料荷電霧化、氣化及燃燒機理研究》是依託華南理工大學，由甘雲華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微通道液體燃料荷電霧化、氣化及燃燒機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：甘雲華
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微尺度液體燃料燃燒系統中，雷諾數一般很低，液體蒸發和混合速率通常很慢，難以實現充分蒸發氣化、燃燒。為此，申請者設計了新型結構的微通道燃燒器，採用針形、環形組合電極及液滴收集、燃燒雙格柵結構，促進微通道液體燃料的荷電霧化、蒸發氣化、燃燒趨於分階段進行，實現穩定與充分燃燒。基於該創新設計和思想，研究電場對微通道液體霧化過程的影響機理，建立考慮電場力作用下霧化過程的荷電氣液兩相流動模型，明確微通道結構設計、電場特性與霧化效果之間影響關係。考查荷電、液滴運動、物性參數以及液滴群等對蒸發氣化過程的影響，提出單液滴一維蒸發模型。探索蒸發氣化穩定燃燒條件與熄火機理，分析燃燒場及燃燒產物特性。提出採用簡單的電場控制來實現複雜的燃燒控制的新方法，促進燃燒學與電學等學科的交叉與融合。
結題摘要
微尺度下，液體燃料難以充分霧化與燃燒。設計了幾種微通道荷電噴霧燃燒器，促進液體荷電霧化、蒸發氣化、燃燒分階段進行，主要結論如下：（1）研究了電場對微通道液體霧化過程的影響機理。基於可視化實驗，鑑別出四種典型的霧化模式為：“脈動噴霧”，“錐-射流噴霧”，“偏移射流噴霧”和“多股射流噴霧”，並測量了不同模式下的荷質比，“錐-射流”模式下的Taylor錐角。並基於PDA實驗，得出了荷電液滴的粒徑及運動速度分布。（2）考慮電場力作用，建立荷電流體兩相流模型，得出了射流區和霧化區的場強和速度場。建立了乙醇荷電霧化錐-射流模式下的力學模型，求解了半錐角。基於無量綱分析，得出了穩定錐射流模式下霧化電流和液滴直徑的標度率方程。闡明了燃燒器結構設計、外加電場與霧化效果之間的依賴關係。（3）對乙醇單液滴的蒸發過程進行了分析，建立了單液滴一維蒸發模型，求解了液滴的蒸發速率和蒸發壽命，鑑別了影響蒸發的因素。（4）探索了穩定燃燒條件與熄火機理，分析了燃燒產物特性與燃燒效率。通過對比研究了單電極與組合電極燃燒器內乙醇的燃燒特性，結果表明雙電極結構下火焰穩燃範圍較寬，發現了外加電場對穩定燃燒的重要作用。燃燒器壁面熱損失均在當量比=1.0時達到最大值，熱熄火也是其重要機制。採用組合電極燃燒器時，CO濃度較低，燃燒效率較高。（5）提出了採用簡單的電場控制來實現複雜燃燒控制的新方法。實驗研究了不同電場下的乙醇小尺度擴散火焰的V-A特性，並將乙醇燃燒系統等效成電路模型，根據電路理論得到火焰等效電阻變化規律。將產生的離子電流作為被調量，運用PID閉環控制，實現了對微小火焰的控制。 發表國際期刊論文13篇，被SCI檢索13篇；發表國內期刊論文13篇，被EI檢索12篇；申請國際PCT專利1項，獲授權發明專利2項、實用新型專利5項；培養博士生1名、碩士生7名；參加了第36屆國際燃燒大會並作口頭報告，任國際會議分會主席2次，作國際會議Keynote學術報告1次。
