基于GRI-Mech 3.0机理的甲烷/空气多孔介质燃烧特性数值分析

摘要

多孔介质燃烧火焰相比于常规自由火焰,具有功率密度高、可燃性极限宽、燃烧速率高和污染物排放少等优点。为了探究甲烷多孔介质燃烧火焰面及污染物排放特性,采用计算流体力学方法,结合GRI-Mech 3.0机理,针对三维氧化铝小球堆积床多孔介质燃烧器内预混气体燃烧特性进行数值模拟。分析了当量比对甲烷多孔介质燃烧火焰面、燃烧反应速率以及CO和NO_(x)排放特性的影响。结果表明,甲烷/空气多孔介质燃烧经历了预热—燃烧—燃尽3个阶段,并在主燃区达到了温度峰值以及燃烧反应速率峰值,而在主燃区后程及燃尽区内,燃烧温度趋于均匀,这是多孔介质燃烧与传统燃烧的重要区别。当量比对甲烷/空气多孔介质燃烧整体特性的影响不存在线性关系,化学当量比Φ=1.0时,整体燃烧特性较优。NO生成特性方面,受热力型NO生成机制的影响,多孔介质燃烧场内NO浓度先迅速上升,而后由于还原性气氛增强,GRI-Mech 3.0机理中涉及NO还原反应消耗了一定浓度的NO。