往复式多孔介质燃烧器流动特性的试验研究李昊，程乐鸣，王恩宇，褚金华，骆仲泱，岑可法 (浙江大学 热能工程研究所教育部清洁能源环境工程重点实验室，浙江 杭州 310027)
摘 要：研究了往复式多孔介质燃烧器在冷态条件下气流在其中的流动特性规律。在多孔介质的类型和运行温度不变的情况下，往复式多孔介质燃烧器的压降与空截面流速的平方成正比，与多孔介质的厚度成正比；燃烧器的稳定时间基本不受多孔介质厚度和空截面流速的影响。建立了计算压降的简单数学模型，理论模型的计算结果与实验数据符合较好。
关键词：往复式燃烧器；多孔介质；稳定时间；压降
Hydrodynamics in porous media with a reciprocating flow systemLI Hao, CHEMG Leming, WANG Enyu, et al（Clean Energy and Environment Engineering Key Lab of MOE,Institute for Thermal Power Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027,China）
Abstract:Hydrodynamics of gas in porous media with a reciprocating flow systemwas studied at room temperature. The pressure drop of the burner is in direct ratio with the square of the superficial velocity and the porous media thickness .The steady time is independent of the superficial velocity and porous media thickness, while the the burner operates at a certain temperature.The computed result using a simple pressure drop model agreed reasonably well with the experimental data.
Keywords:reciprocating flow system; porous media; steady time; pressure drop
0引言
气体燃料的燃烧主要是以自由火焰为特征的空间燃烧（或者直流燃烧技术）。以该种燃烧方式燃烧时，火焰面附近的温度梯度陡而且分布不均，局部高温区的存在使得大量NOx生成，造成大气污染；燃烧反应的完成需要较大的空间，要求燃烧设备体积庞大，其应用受到空间限制；配套使用的换热设备主要以烟气辐射和对流冲刷进行热交换，热效率低；燃烧稳定性比较差，燃烧负荷调节能力小[1,2,3]。
往复式多孔介质燃烧技术(Reciprocating Superadiabatic Combustion in Porous Media，以下简称RSCP)最早是Hanamura K和Echigo R在1993年提出的[4] ，后来有人称作多孔介质中往复流动下的超绝热(超焓火焰)燃烧技术[5]。这种燃烧技术已经在瑞典成功应用于汽车喷漆车间排气中有机污染物的燃烧净化[6]。该技术在提高燃烧效率、扩展可燃极限、节约燃料、改善环境以及处理各类垃圾和废弃物等方面具有其他燃烧技术不可比拟的优越性[4,7,8]。
国内在冶金工业炉中应用的高温低氧燃烧（High Temperature Air Combustion简称 HTAC）也是把RSCP的原理应用到冶金工业炉中[9]。不过两者有很大的区别，HATC把多孔介质仅仅作为换热器来用，燃烧在自由大空间中完成的，而RSCP燃烧则发生在多孔介质里面。在已发表的文献资料中，国内RSCP技术的研究和应用RSCP的燃烧器开发尚不多见。
往复式多孔介质燃烧器是基于RSCP的新型的燃烧器。本文研究冷气流在燃烧系统中交替流动时，在不同的实验条件下系统压降的变化以及系统的流动稳定状况，为该燃烧系统的设计和运行提供理论依据。2往复式多孔介质燃烧器试验装置与试验方法
往复式多孔介质燃烧器结构对称（图1），系统主要包括换热器、多孔介质蓄热式燃烧室、缓冲箱、电磁阀、预混室、质量流量计、空气供给系统、燃气供给系统、控制系统、压力传感器和数据采集系统。试验气体通过质量流量计进入预混室，首先通过电控阀1进入左侧多孔介质蓄热式燃烧室（电控阀2、3关闭），然后经过换热器，再进入右侧多孔介质蓄热式燃烧室，经电控阀4排出。该流程完成后，通过可编程控制系统关闭电控阀1、4，同时将电控阀2、3打开，这时实验气体通过电控阀2进入右侧多孔介质蓄热式燃烧室，然后经过换热器，再进入左侧多孔介质蓄热式燃烧室，经电控阀3排出。试验中，上述过程重复进行。