《流向變換催化燃燒器諧振現象及其機理研究》是依託寧波大學，由陳耿擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：流向變換催化燃燒器諧振現象及其機理研究
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：陳耿
- 項目類別：青年科學基金項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
流向變換催化燃燒器是燃用或淨化低熱值氣體的有效手段，其運行特性是工程熱物理與能源利用領域的基礎研究內容之一。此類催化燃燒器採用周期性操作，表現出強烈的周期性和非線性特徵，在其運行過程中，可能因反應體系邊界條件的周期性變化，而使反應器出現諧振現象，表現為燃燒器內溫度水平的大幅波動，影響反應器原有運行狀態。針對這一現象，本項目通過實驗研究、數值模擬並引入參數敏感性分析和分岔理論等非線性系統分析的方法，研究此種燃燒器發生諧振現象的條件和誘發機理，掌握其在發生諧振現象時的運行特性與規律，確定關鍵影響參數及其作用機理，探明燃燒器在發生諧振時運行狀態轉變的條件和規律，探索通過誘發燃燒器諧振現象以提高燃燒效率的途徑。通過本項目的研究，將提出描述流向變換催化燃燒器諧振現象的理論，加深對固定床非定態操作技術的現有認識，並為相關的控制系統開發提供重要的理論依據。
結題摘要
流向變換催化反應器在低熱值氣體的利用和氣態污染物控制領域有著良好的套用前景，而對此類反應器諧振現象的研究，是對人為非定態催化燃燒理論的拓展。本項目圍繞流向變換催化反應器諧振現象開展的主要研究工作包括：（1）搭建小型流向變催化反應器實驗台，研究反應器在入口濃度周期性波動條件下反應器的運行特性；建立流向變催化反應器數學模型，研究不同類型邊界條件波動時對反應器運行的影響規律。當引入周期性邊界條件波動時，反應器溫度場出現振盪，溫度波動幅度加大，反應器穩定性被削弱。（2）通過反應器模型計算結合諧波分析，研究引發反應器諧振現象的條件及其機理，考察邊界條件波動周期與流向切換周期比對反應器內溫度振盪特性的影響。當邊界條件波動周期為流向切換周期的奇次諧波分量時，引發反應器諧振現象。據此提出採用反應器內熱波移動的速度函式來表達流向變換催化燃燒器的特徵回響周期。提出引發諧振現象本質原因在於持續性邊界條件波動導致燃燒器原有的時空對稱特性被打破，引起反應器內的溫度振盪。（3）考察反應物性質、反應物濃度、表觀氣速等操作條件以及反應器長度、催化劑裝填比例等反應器特性參數對反應器諧振的影響，並結合參數敏感性分析考察反應器傳遞參數的影響規律。結果表明反應器特徵回響周期僅取決於流向變換周期，上述參數不影響反應器諧振發生與否。（4）研究反應器諧振時的可操作域及如何維持反應器穩定運行。可通過改變反應器特徵回響周期或削弱邊界條件分布的不均衡性來避免反應器發生失穩，包括調節波動周期初始相位、添加輔助燃料、改變流向切換周期等，其中改變流向切換周期是比較經濟有效的調節手段。本研究成果，豐富了對流向變換催化燃燒器運行規律的理論認識，為流向變換催化反應系統的設計和對應控制系統的開發提供理論基礎。
