多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究

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往复流多孔介质燃烧器的二维数值模拟与结构改进

关键词：二维；结构改进；多孔介质燃烧器；往复流
中图分类号：Ｔ１Ｋ６文献标志码：Ａ文章编号：１０－７０２０）３０８－６０６８４（０７０２００
２ＮｕｅｉａｏｅｉｇａｄＳｒｃｕｅＩｐｏｅｅｔｏｒｕＤｍｒｃｌＭｄｌｎｔｕｔｒｍｒｖｍｎｆＰｏｏｓｎ
ｔｊｃｍａｉｎｗｔｘｅｉｅｔａ．Ｔｅｃｍｕｔｎｔｐｒｕｄｐｅｕｓｗｉｖｓｇｔｓｅｔｅｂｎｅ．ｈ，ｏｐｒｏｈｅｐｒｎｌｔｈｏｂｓｏｍａｒａｒｓｒｌｓｅｎｅｔａｄｉｉｕｌ￣ｓｉｍａｄａｉｅｅｔｅｎｓｅｏｉｅｎｄｈｒｗｉａｏｋｄｗｔｌｉｈｒｒｒｏｃｅｍｃｆｍｒｐｖ．Ｒｕｓｓｏａｐｍｕｅｉａｅｏｔｅｈｈｗｓｃｅｈａｍｎｓｅｅｏｐｅ／ｍｃｒｉｏｓｅ由ｃｐｉｕａｐｓ４ｏ￣ａａｅｓｔｗｈｅｌｈｔｔｏｓｍｄａｍｄｆｈ
ｓ Ⅱｅｍａｅｉｕｔｉｅｅｔｔｅｕｓｈｖｉｎｆａｔｉｕｎｅｏｏｈｔｅｈｓｅｅｒｔｒｏｅａｄｐｅｓｒｓｈｕａ】ｔｒｌｂｔｈｄｆｒｎｒｔｒａｅｓｇｉｃｆｅｃｎｂｔｈｉｈｔｍｐａｕｅｚｎｒｓｕｅｌｓｉｅｂｍ— ａｉｗｓｕｉｎｎｌｎｏｎｔ
Ｊｎ．２０ｕ０ｒ７
往复流多孔介质燃烧器的二维数值模拟与结构改进

多孔介质力学特性与应用研究

多孔介质力学特性与应用研究多孔介质是指由固体颗粒或纤维构成的具有孔隙结构的材料。

多孔介质广泛存在于自然界和工程应用中，如土壤、岩石、海绵、过滤器等。

研究多孔介质的力学特性和应用具有重要的理论和实际意义。

一、多孔介质的力学特性1. 孔隙率与渗透性孔隙率是描述多孔介质中孔隙占据空间比例的参数。

多孔介质的孔隙率决定了其渗透性，即流体在多孔介质中的渗流能力。

孔隙率越大，渗透性越好。

渗透性的研究对于地下水资源开发、油气勘探以及土壤水分运动等领域具有重要意义。

2. 孔隙结构与力学性能多孔介质的孔隙结构对其力学性能具有重要影响。

孔隙结构包括孔隙的尺寸、形状、连通性等参数。

孔隙尺寸越小，多孔介质的强度和刚度越高。

孔隙连通性对于多孔介质的渗透性和传质性能起着关键作用。

通过研究孔隙结构，可以深入了解多孔介质的力学行为和应力传递机制。

3. 多相流与多孔介质多孔介质中的流体运动涉及多相流动，如气体与液体的相互作用、多组分混合等。

多相流动的研究对于石油开采、地下水污染治理等领域具有重要意义。

通过建立多相流动模型，可以预测多孔介质中的流体行为，并优化工程设计。

二、多孔介质力学特性的应用研究1. 岩土工程中的应用岩土工程中的土体是一种典型的多孔介质。

研究土体的力学特性对于岩土工程设计和施工具有重要意义。

通过实验和数值模拟，可以预测土体的变形、强度和稳定性，并指导工程实践。

例如，通过研究土体的渗透性和孔隙结构，可以优化地基处理方案，提高土体的承载能力。

2. 水资源与环境工程中的应用多孔介质在水资源与环境工程中有广泛的应用。

例如，研究土壤的渗透性和水分运动规律，可以指导农田灌溉和水资源管理。

研究地下水的流动与污染传输，可以预测地下水的质量和污染扩散范围，为地下水资源保护和污染治理提供科学依据。

3. 石油与天然气工程中的应用多孔介质力学在石油与天然气工程中具有重要应用。

研究油气藏中的多相流动和渗流规律，可以预测油气的产量和开采效果。

多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究

多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究一、本文概述本文旨在全面深入地研究多孔介质中的相变传热与流动现象，并探讨其在多个应用领域中的实际价值。

多孔介质广泛存在于自然界和工程实践中，如土壤、岩石、生物组织以及许多工业材料。

在这些介质中，相变传热与流动过程对于理解许多自然现象以及优化工程设计具有重要意义。

本文将围绕多孔介质中的相变传热机制、流动特性以及若干应用案例展开详细的论述。

本文将系统地梳理多孔介质相变传热与流动的基本理论，包括多孔介质的基本性质、相变传热的基本原理以及流动的基本规律。

在此基础上，我们将建立相应的数学模型和数值方法，以定量描述多孔介质中的相变传热与流动过程。

本文将深入探讨多孔介质相变传热与流动的关键问题，如相界面演化、热质传递、流体流动以及多孔结构对传热流动的影响等。

我们将通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种手段，揭示多孔介质相变传热与流动的内在规律和影响因素。

本文将关注多孔介质相变传热与流动在若干领域的应用研究，如能源工程、环境工程、生物医学工程等。

我们将结合具体案例，分析多孔介质相变传热与流动在这些领域的应用现状和发展趋势，为相关领域的工程实践提供理论支持和指导。

通过本文的研究，我们期望能够加深对多孔介质相变传热与流动现象的理解，推动相关领域的理论发展和技术进步，并为实际工程应用提供有益的参考。

二、多孔介质相变传热与流动的基本理论多孔介质，作为一种由固体骨架和分散在其间的孔隙或空隙组成的复杂结构，广泛存在于自然界和工程应用中。

多孔介质中的相变传热与流动现象，涉及到热质传递、流体动力学、热力学和相变动力学等多个领域，是热科学和流体力学研究的热点和难点。

在多孔介质中，相变传热主要指的是在固-液、液-气或固-气等相变过程中，热量通过多孔介质骨架和孔隙中的流体进行传递。

由于多孔介质的复杂结构，相变传热过程不仅受到热传导、热对流和热辐射的影响，还受到孔隙结构、流体流动、相变材料性质以及外部条件（如温度、压力等）的制约。

预混气体多孔介质中燃烧的研究进展与展望

介质中燃烧，正是能够实现低热值甚至超低热值气体稳定燃烧的一项新型的、洁净的、主动有效的技术，
具有燃烧稳定、燃烧速率高、可燃极限宽和污染物排放低等显著优点，近年来已经成为国内外研究的热点，被誉为具有划时代意义的技术．Ｊ国际上对预混气体在惰性多孑介质中燃烧的研究开展的较早，Ｌ理论研究日趋深入和细致，而数
关键词：预混燃烧；多孔介质；燃烧器
中豳分类号：Ｑ３Ｔ５３文献标识码：Ａ文章编号：０ —３５２０）６０３－５１８２９（０６０ —００００
Ａｄａｃｓａｄｐｏｐｃｏｒｍｉｅｏｕｔｎｉｏｏｓｍｅｉｖｎｅｎｒｓｅ￣ｆｐｅｘｄｃｍｂｓｉｎｐｒｕｄａｏＬｎＤＵＸａ —ｉＩＧａｇ，ｉｏｌ
保护环境、节约能源和实现经济的可持续发展是我国的一项长期国策．尤其是进入２世纪，Ｉ能源与环境问题日益突出并且交织在一起，已经成为迫在眉睫且必须妥善解决的问题，甚至有可能成为制约我
国经济发展的瓶颈．因此，大力开发和使用低品位或低热值的能源，并且要兼顾环保，实现氮氧化物和一氧化碳等污染物质的低排放，无疑是解决上述问题的一项具有战略意义的举措．而预混气体在惰性多孔
ｃｍｂｓｉｎｏｕｔ．Ｔｅｐｏｓｎｕｕｅｏｏｏｓｍｅｉｕｅａｌｅｄｅｎｕｅｎｐａｔａｐｌａｉｎｆｒｏｈｒｍｉｉｇｆｔｒｆｐｒｕｄａｂｒｒｈｓａｒａｙｂｅｓｄｉｒｃｉｌａｐｉｔｏｎｓｃｃｏｈｕｅｏｄｈａｉｇｃｍｂｓｉｎｓｓｅｏｓｈｌｅｔｏｕｔｙｔｍ．Ｔｅｐｏｅｓｓａｓｃａｅｔｒｍｉｅｏｕｔｎｉｏｕｄａａｅｎｏｈｒｃｓｅｓｏｉｔｄｗｉｐｅｘｄｃｍｂｓｉｎｐｒｓｍｅｉｒｈｏｏ

211247598_多孔介质随机堆积填充床内流体流动的数值模拟研究

收稿日期：2020-09-24基金项目：沈阳工程学院2019年大学生创新创业训练计划项目（201911632174）作者简介：田晓春（1994-），男，安徽六安人，硕士研究生。

多孔介质随机堆积填充床内流体流动的数值模拟研究田晓春，冯兆兴，刘盼（沈阳工程学院能源与动力学院，辽宁沈阳110136）摘要：采用离散单元法（DEM ）构建了多孔介质填充床内颗粒随机堆积结构，运用计算流体力学（CFD ）对填充床内部的流体流动进行数值模拟，探究不同入口速度下床层内部流体流动的分布规律。

结果表明：在小管径-粒径比填充床的床层中心截面处，流速分布存在局部不均匀性，颗粒表面和床层末端出现了明显的漩涡，床层末端处的漩涡几乎占满了整个流道；随着进口速度的增加，床层颗粒表面的漩涡个数增加，床层内部速度变化剧烈，有利于不同流体的互相掺混。

关键词：多孔介质；随机堆积；流动；数值模拟；填充床中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1673-1603（2023）02-0019-06DOI ：10.13888/ki.jsie （ns ）.2023.02.004第19卷第2期2023年4月Vol.19No.2Apr.2023沈阳工程学院学报（自然科学版）Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ）多孔介质填充床广泛应用于能源、化工等行业中，如催化反应器、低热值燃气燃烧器、辐射加热器及高温气冷堆堆芯等［1-8］。

由于填充床内部是颗粒随机下落堆积的，其结构对床层内部的孔隙率、压降及速度场有很大的影响［2,7］。

因此，对随机填充的多孔介质填充床内的孔隙率、压降及流场分布进行研究，对填充床的优化设计和提高内部的反应效率具有重要作用［5-6］。

填充床的传统设计是基于平均经验相关性的均质模型，这些关联式通常不适用于以壁效应（Wall effect ）和局部效应为主的小管径-粒径比填充床［8］。

多孔介质燃烧器研究

多孔介质燃烧器研究朱本奥;匡勇;刘柳;张燚;张保生【摘要】多孔介质具有大蓄热和强辐射的特点,以能够提高燃烧的经济性被人们所重视.多孔介质燃烧技术是一种相比于传统燃烧技术是一种近几年来比较新颖独特的燃烧技术,本文介绍了多孔介质应用于燃烧技术及不同类型的多孔介质燃烧器的研究现状、前景、优点和应用,分析不同类型燃烧器之间的联系,并给出各种实验性燃烧器的优缺点.对于不同的多孔介质材料的研究进行介绍.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P30-33)【关键词】多孔介质;燃烧器;渐变型;往复回流;堆积球【作者】朱本奥;匡勇;刘柳;张燚;张保生【作者单位】中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学电力工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TK223.23近年来随着经济的进步和发展，环境和能源问题越来越受到人们的关注，为了解决燃烧过程中产生热量的低利用率和较高的排放污染物的问题，针对以上现状，近年来，各类燃烧节能技术在国内得到很大发展，比如高温空气燃烧技术(蓄热燃烧技术)能把30%被烟气带走的余热再回收60%至80%节能效果显著。

但在国内，该技术在改善加热物体的温度均匀性、减少污染物排放方面应用效果不佳；其他的有效地方法，但其对应的燃烧器有相对复杂的结构、体积大等缺点。

多孔介质燃烧新技术，是继第一代常规气体燃烧技术、第二代蓄热燃烧技术之后，目前国际上最新的第三代气体燃烧技术，它具有燃烧效率高、污染物排放低的优点，同时，兼有燃烧器体积小、结构紧凑、负荷调节范围广、燃烧稳定等优点，能广泛地应用于家用采暖系统、动力设备、汽车预热系统和各种各样的民用和工业生产过程中[1]。

在燃烧系统中引入多孔介质燃烧技术，利用多孔介质对气体或液体燃料进行充分的混合加强扰动，可使燃料的充分燃烧，多孔介质的大蓄热和强辐射，利于组织贫燃料的燃烧还能够经一步的对未燃的燃料进行预热以减少燃料达到着火点所需的燃烧热，加快燃烧速率；化学反应和热运输的过程之间有强烈的耦合作用，并且相对于传统的自由空间上的混合燃烧相比具有，火焰的稳定性比较好，燃烧效率高，多孔介质及其中的燃料与外界进行强烈的对流、导热和辐射换热，整个燃烧空间的温度比较的均匀[2]。

多孔介质燃烧技术

多孔介质燃烧技术
1. 引言
多孔介质燃烧技术近年来受到了广泛的关注。

通过改变燃料与空气的混合方式，多孔介质燃烧技术可以使燃烧更加均匀、增加燃烧温度、减少氮氧化物的排放等诸多优点。

本文将从多孔介质燃烧技术的基本原理、工程应用和未来发展趋势等方面进行论述。

2. 基本原理
多孔介质燃烧技术的主要原理是通过多孔介质将燃料和氧气进行混合，使得燃烧反应能够更加均匀和完全。

多孔介质可以是陶瓷、金属、陶瓷金属复合物等材料，其中具有许多微小孔隙。

在燃气通过多孔介质的过程中，会形成许多微小的涡旋或者湍流，这种流动能够达到更加均匀混合燃料和氧气的效果。

3. 工程应用
多孔介质燃烧技术已广泛应用于行业燃烧领域中。

例如，多孔介质燃烧技术应用于工业炉、锅炉和燃气轮机等设备中，已经显著提高了燃烧效率和能源利用率。

此外，多孔介质还可以用于燃气汽车发动机和燃料电池等领域，改善了燃料的利用率和减少了污染物的排放。

4. 未来发展趋势
未来，多孔介质燃烧技术将继续得到发展和推广。

目前已经有许多新的研究正在进行，例如将多孔介质应用于高温氧化、蜂窝状多孔
介质燃烧等方面的研究。

此外，多孔介质的材料研究也将得到进一步深入，从而提高多孔介质的性能和适用范围。

5. 结论
总之，多孔介质燃烧技术是一项应用广泛的新技术，在燃气应用和清洁能源方面具有很大的潜力。

通过进一步研究和发展，它将达到更高的效率和更广泛的应用。

单液滴在多孔介质内碰壁过程的数值模拟

ｐｃｎｒｙ，ｔｅｆｌｃｎｓｒａｖｒｔｅｅｇｆｗａｌａｄｓｌｓｎｏｔｅｔｒａｐｃｏｆｒａｎｍｂｒｏｈｌ — ａｔｅｅｇｈｍａｐｅｄｏｅｈｄｅｏｌｎｐａｈｉｔｈｈｏｔｓａｅｔｍｕｅｆｃｉｉｏｄ
刘红，解茂昭，刘宏升，刘戈，王淑春
（连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，大连１６２）大０４１
摘
要：应用数值模拟方法研究不同尺寸单一液滴碰撞常温多孔介质内壁面时的运动与变形行为．界面跟踪采用基
ＷａｌＩｉｒｕｓＭｅｉｌｎｓｄｅＰｏｏｄｕｍ
ＬＩＨｏＵｎｇ，ＸＩＭａ — ｈｏ，ＬＩＨｏｇｓｅｇ，ＬＩＧｅ，ＷＡＮＧｕｃｎＥｏｚａＵｎ — ｈｎＵＳｈ — ｈｕ
（ｙＬｂｒｔｒｆｃａｎｒｙｉｚｔｎａｄＥｅｇｏｓｒａｏｆｎｓｙｏｄｃｔｎＫｅａｏａｏｙｏｅｎＥｅｇｌａｉｎｎｒｙＣｎｅｖｔｎｏｉｒｆｕａｏ，ＯＵｔｉｏｉＭｉｔＥｉＤａａｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙｌｎｉＵｎｖｒｔｆｃｎｌｇ，Ｄｌｎ１２，ＣｉａｉＴａｉ１０４ａ６ｈｎ）
ｉｍｆｒｔｏｎｗａｌｕｆｃｓｗｅｌｓｓａｈｎｎｃｌｐｃｔｎｔｅｐｏｏｓｍｅｉｍｒｘｍｎｅ．ｓｌｆｌｏｍａｉｎｏｌｓｒａｅａｌａｐｌｓｉｇｉｅｌｓａｅｗｉｉｈｒｕｄｕｗｅｅｅａｉｄＲｅｕｔｈｓ

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Ａｂｔａｔｈｓａｅｒｔｎｒｄｃｓｅｃｎｌｇｏｏｓｄａｏｕｔｎ（Ｉｓｒｃ：ＴｉｐｐｒｓｉｔｕｅｗｔｈｏｏｙｎｒｕｉｃｍｂｓｏＰＭ）ｔａｉｅｈｄｓｉｌｐｌａｏ，ｔｅｔｄｃｓｉｆｏｎｅｉｐｍｅｉｏｅｌｅｎｕｔａａｐｉｔｎｈｎｎｒｕｅｒｚｔｉｒｃｉｉｏ
多孔介质燃烧技术，又称为ＰＭＣ技术（ｏｏｓｄａＰｒｕｉＭｅＣｍｂｓｏｏｕｔｎ多孔介质燃烧技术）ｉ是最近ｌ０余年国际燃烧领域发展的一种全新型燃烧方式，相比燃烧时存在局部
应用。
宝钢研究院节能项目组自２０年开展对Ｐ０７ＭＣ技术的研究［，并于２１００年８月在一台２Ｍｗ功率的加热炉
（．ａｓｅＴｃｎｌｇｅｔ，ｈｎｈｉ２１０，ｈｎ；２Ｎｏｔｅｓｍｎｖｒｉ，Ｓｅｙｎ１０４Ｃｉａ１ＢｏｔｌｅｈｏｏｙＣｎｅＳａｇａ０９０Ｃｉａ．ｒａｔＵｉｅｓｙｈｎａｇ１００，ｈｎ）ｅｒｈｅｔ
高温的 “ 有焰”燃烧，这种燃烧没有明火焰，ＮＯ和ＣｘＯ
等污染物的生成显著降低（可达７％以上）０；由于整体温
上实现了多孑介质燃烧技术的应用，Ｌ填补了国内的空白。本文介绍对该工业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应用利用运用Ｆｕｎ软件进行模拟研ｌｅｔ
究的情况，包括建立二维稳态层流预混反应模型，模拟了甲烷和空气在多孔介质中的预混燃烧，并和文献【】２
带炉热容工
Ｄ１．９９．ｓｎ０２１３．１．３０１Ｏｈ０６／ｉｓ．１０－６９２１．１３ｊ００
工加４２年３业热第Ｏ０第期卷１１
多孔介质燃烧技术工业应用数值模拟研究
饶文涛，郭水华，李本文２
（．宝钢股份研究院，上海１２１０；．东北大学，辽宁０９０２沈阳１００）１０４
中图分类号：Ｔ０６１Ｆ６．文献标志码：Ａ文章编号：１０．６９２１）３０３ —３０２１３（０１０－０９０
ＮｕｅｉａｉｍｒｃｌｍｕｌｔｏｓａｃｔｎｕｔｉｌｐｉａｏｆＰｒｕｅｉｍｍｂｓｏｅｈｏｏｙＳａｎＲｅｅｒｈｉｏＩｄｓｒａｉｎＡｐｌｔｎｏｏｏｓＭｄｕＣｏｃｉｕｔｎＴｃｎｌｇｉＲＡＯｅ．ａＧＵＯｈｉｕＷｎｔｏ，Ｓｕ．ａ，ＬＩｎＷｅｈＢｅ．ｎ
摘要：首先介绍多孔介质燃烧新技术（ＩＰＭ）实现工业应用的情况，然后介绍了在应用的过程中利用数值模拟软件ＦＵＮ，对天ＬＥＴ然气和空气的预混气体在基于工业模型的多孔介质燃烧器内的燃烧进行了较详细的研究，为工业应用提供了参考数据。
关键词：多孔介质燃烧；节能；低ＮＯｘ
构复杂，其中的详细流动、传热、辐射过程是非常复杂的。因此，对多孔介质中的详细微观结构模拟是很困难
已成功地应用于冶金、机械、化工、陶瓷等工业部门的
一
些燃气炉窑上。ＰＭＣ技术目前在国内没有实现工业化
收稿日期：２１—０２；修回日期：２１—３１００１—００１０ —７作者简介：饶文涛（９８）１６一，男，江西南昌人，工学博士，教授级
的结果作了比较。然后对工业煤气（多组分气体）和空
度的显著提高和辐射传热的增加，燃烧热利用效率大大
提高（有些情况甚至超过５％）０，另外ＰＭＣ技术对使用
低热值（劣质）燃料（高炉煤气、有机废气等）也有明
显的优势。
气在多孔介质中的预混燃烧进行模拟研究。
ｈｐｉａｉｎｉｔｒｃｓｕｉｇｎｍｒａｍｕａｉｎｓｆｒＬｔｅｐｌｃｔｏｅｐｏｅｓｆｓｎｕｅｃｌｉｌｔｏｏｔａｅＦＵＥａｎｈｏｉｓｗＮＴａｎｉｒｍｉｅａｅｎｉｄｓｉｌｄｌｎｐｒｕｄａ，ｇｓａｄａｒｅｘｄｂｓｄｏｕｔａｐｎｒｍｏｅｏｏｓｉｍｅｉｂｒｅｓｃｍｂｓｉｎｉｅａｌｈｓａｃｒｖｄｓｆｒｎｅｆｒｉｄｓｉｌｐｌａｉｎ．ｕｒｏｕｔｄｔｉｎｏｎ，ｔｅｒｅｒｈｐｏｉｅｅｃｏｕｔａｐｉｔｅｅｒｅｎｒａｃｏＫｅｒｓｙｗｏｄ：Ｐｏｏｓｅｉｍｏｕｔｎ；ｅｅｇａｉｇ；ｌｗｒｕｄｕｃｍｂｓｉｍｏｎｒｙｓｖｎｏＮＯｘ
ＰＭＣ技术被国际燃烧界誉为２世纪最有发展前途的ｌ
燃烧技术，国内哈工大秦裕琨院士的课题组称其为 “ 划
时代的燃烧技术” 。目前在日本、德国和美国，ＭＣ技术Ｐ
ｌ数值模拟方程建立
１模拟中采用的假设．１多孔介质中的燃烧过程，是流动、传热及化学反应各过程相互作用、相互影响的结果。由于多孔介质的结