基于模型的方法燃烧使用化学反应器网络实时监控

文摘

火焰稳定和污染控制重大问题在任何燃烧系统的设计和操作。实时监控和分析这些现象需要复杂的设备,往往不符合实际应用。这项工作探索了基于模型的可行性燃烧监测和实时评价接近精益爆裂(杠杆收购)。使用温度测量的方法,再加上化学反应器网络(CRN)模型来解释数据在实时。目标是提供一个快速计算的方法解释关于接近测量杠杆收购。CRN-predicted自由基浓度及其趋势和比例在每个燃烧区进行了研究。火焰稳定和大气压力的爆裂实验室研究了燃烧室实验并通过现象学实时化学反应器网络(CRN)。低热值燃料的反应堆操作流,即。用氮气、甲烷稀释与N₂/ CH₄体积比为2.25和3.0。数据显示一个稳定火焰带一氧化碳(CO)水平在整个范围的燃气等价比率(Φ),和一个显著增加碳氢化合物排放量接近爆裂。CRN趋势同意数据:计算浓度的氢氧化(哦),O-atom,氢原子,减少Φ单调减少。火焰哦爆裂燃料混合物的阈值是0.025%。实时CRN允许增加燃烧温度测量与建模自由基浓度和监测不可测的燃烧特征如污染形成率,燃烧效率,靠近爆裂。这种基于模型的方法对过程监控可用于应用程序的燃烧温度和光学方法测量是有限的,或连续气体采样是不切实际的。

1。介绍

精益爆裂的现象可以被定义为火焰灭绝由于减少燃气比例超出最小阈值限制在一个给定的几何可以维持火焰。无_x和烟尘的排放量可以通过降低火焰温度控制倾斜的火焰燃气等价比率(Φ)。然而,通过操作非常瘦,燃烧器有限利润之间的稳定燃烧和精益火焰不稳定导致精益爆裂。Lean-premixed概念已经被几个调查飞机引擎开发人员(1,2),火焰不稳定和物种灭绝是一个主要安全问题。由于昂贵的和有潜在危险的影响,预测和预防杠杆收购是相当感兴趣的研究者和实践者。爆裂主要是研究在反应物的停留时间3- - - - - -5)和火焰结构和相应的应变率(6,7]。丹姆克尔号(Da)用于杠杆收购的特征;它被定义为混合时间比化学时间( )。对空气动力学稳定反应堆,爆裂发生在反应物的夹带率进入再循环区不能平衡消费的速度(8]。达不均匀也会导致出现流不稳定导致杠杆收购(9]。实验和数值研究调查物种分布在不同的燃烧室的几何图形,喷射器的设计和燃料成分如(10- - - - - -17]。精益火焰爆裂建模使用区域为航空发动机应用程序建模被报道在18- - - - - -20.]。一些作者相关哦激进的火焰和post-flame区防(9,21- - - - - -23]。CFD模型用来预测物种领域是计算密集型和不能用于实时计算。最近,快现象学CRN和半经验的方法(24,25提出了航空发动机杠杆收购的预测。物种实时计算方法实现了高强度大气喷射搅拌反应器接近吹灭;作者使用哦three-zone CRN趋势预测反应堆附近爆裂(26]。

化学反应器的建模方法已被证明是有用的发展全球和减少动力机制和对全身的验证机制(27- - - - - -29日]。早期的燃气轮机燃烧器是由(30.)在1950年代作为一个完美的安排搅拌反应器(PSR)高强度燃烧室的主要区域,其次是塞流反应器(再生)燃烧室的倦怠区。区域燃烧建模(31日]是一种改进燃烧室设计通过相关参数。在带状建模中,燃烧室体积分为理想化的PSR和再生元素,在流动的条件元素可以基于耗散梯度法计算。简单的化学反应器模型已被用于评估实验室污染物排放趋势燃烧器,例如,(32- - - - - -36]。虽然这些方法提供快速和有用的洞察排放趋势,更高级的crn包含十个或多个反应堆元素可以解决复杂的燃烧室内部流场。通常,这种crn的发展指引的CFD模拟燃烧室的流场和反应空间。CFD-CRN翻译是基于几个流场参数:物种的浓度,反应速度,湍流参数和温度。以下信息用于开发CRN框架:元素和元素类型的数量,大小,和联系。这样的crn已用于实际漩涡燃烧器稳定下来,例如,(28,29日,37,38]。大型CRN模型已被用于碳氢化合物,不_x公司预测在实际燃烧器,例如,(38- - - - - -43]。Chemkin的商业化的代码44]开发了一个自动化工具生成等价的反应器网络(白尾海雕)[45]。白尾海雕常CFD后处理的延伸。虽然最近有增加数量的出版物展示的白尾海雕燃烧系统,这个主题超出了这个工作的范围是白尾海雕的方法是结合CFD和不允许用于燃烧过程的实时建模。

这项工作特别感兴趣的是低热值燃料的CRN建模与固体燃料燃烧,如早期的报告(46)调查了使用建模的优化减少氮氧化物的排放粉燃煤炉。一些研究人员表示粉燃料炉理想反应器模型将详细氮氧化物形成化学。例如,[47- - - - - -49)化学反应器网络用于预测代表在工业炉中燃烧氮氧化物使用详细的动力学机制。一个独特的,现象学方法被Niska et al。50]。而不是把炉分为基于物理位置不同的卷,他们将基于特征的流场化学过程在每个地区盛行,如主火焰区,再循环区,火的空气区域,混合层,倦怠。实现的方法是研究在生物质燃烧氮氧化物的形成51,52)相关的一些最近的出版物低热值燃料用化学动力学建模研究生物质热解,例如,(53),和固体燃料的燃烧,例如,(54]。

与此相关的工作,最初是由内部CRN代码普拉特和同事也应用高强度燃烧器的软件模型,例如,(55- - - - - -58]。PSR反应堆概念由平衡阿伦尼乌斯源实现的净产量每一物种的物种的对流的PSR控制体积。再生能源是由一系列的psr建模。其他研究人员已经被修改的代码(28,41,59]。这段代码的主要好处之一是在快速收敛算法的实现,例如,(60),使快速化学动力学计算网络。

大部分相关文献开发利用crn旨在准确预测燃烧的排放系统。这些crn或白尾海雕开发基于CFD的解决方案和用作降阶模拟的数量级低于CFD的元素。减少网格允许使用详细的化学动力学机理来洞察形成和防污染条件和通常提供反馈的CFD模型(45]。我们的方法不依赖于复杂的分析(后处理)从CFD流场,但是,相反,它旨在创建最简单的(最快)反应堆装置,可以在实时估计燃烧室的行为趋势。

我们的主要目标是(我)来开发一个简单的(快)现象学CRN模型实验对低热值燃料燃烧器操作一系列燃气等价比率和燃料加热值,(ii)来验证CRN趋势主要燃烧物种浓度对实验数据和获取自由基浓度(不是以实验),和(3)评价CRN能力估计系统接近精益火焰爆裂通过分析燃烧室中自由基浓度实时建模。方法是有用的监测和分析燃烧室性能通过提供用户扩展信息难以衡量燃烧参数在实际系统中(例如,自由基的浓度,温度,和物种梯度在燃烧器,燃烧效率、污染形成机制,和接近防阈值)。当前工业燃烧控制方法很大程度上依赖于温度和燃烧主要物种的测量。CRN可以提供“数据”及时与使用气体分析仪测量。燃烧生物测量难以在移动系统和禁止在低成本系统。

在本文中,我们提出一个简单的可以用来描述现象学CRN燃烧趋势和不可测的燃烧特性在一系列燃气等价比率和燃料成分,提供燃烧过程的实时监控和分析。这手稿结构以以下方式:(a)小说的描述实验燃烧室降低热值气体加热值类似于气体释放的液化作用固体燃料,(b)的讨论实验数据获得的火焰和燃烧的气体采样/排气区,和(c)现象学的描述和验证转换CRN模型(基于实验观察和测量)不使用CFD建模。CRN模型对实验结果进行验证操作条件的范围。(d)最后,我们使用转换CRN来洞察精益火焰爆裂的预测两个燃料混合物通过分析计算自由基浓度和火焰PSR元素的趋势。

2。实验

2.1。反应堆设计

的燃烧室设计和建造为这项研究提供了一个实验系统的应用和评估一个简单的、现象学CRN模型燃烧室性能的预测,尤其是火焰稳定性、燃烧室效率和废气排放。此外,燃烧器可用于研究减少的燃烧热值燃料,如气体和挥发性碳氢化合物释放一个木头核心进行热裂解。在其他地方,我们讨论的使用一个简单的,现象学CRN从木材fired-combustor[预测废气排放61年]。

一个大气压力燃烧室是建立一个矩形截面和56-liter卷。燃烧室的设计如图1。我们将燃烧室分成三个特征区域串联基于观察火焰,温度,和燃烧物种测量:(i)火焰前锋/点火,(ii)立即post-flame,和(3)塞流倦怠/排气。因此,实验燃烧室称为实验three-zone (XTZ)燃烧室。燃烧室的模型称为三元素CRN,后来在手稿描述(见图2)。可以构造更复杂的模型;然而,这里我们的目标是描述了燃烧过程的最小数量的反应堆,使实时计算。

目前工作,燃料与氮甲烷稀释,使燃料的低热值14000 - 17000 kJ /公斤。这种燃料是通过多孔管注入燃烧室,运行水平从后面到前面下方的燃烧室。周围的燃料流量的,管,最终在一个上行流燃烧室的燃料。两个氮甲烷体积比率,称为稀释比例,使用:2.25和3.0。燃料管上方,飞机的空气注入从侧面墙向上移动的燃烧室混合燃料。一旦开始了电火花燃烧室,点火是自给自足。空气喷气机设计提供的蓝色的火焰前锋光度;燃烧气体向上流动,接受倦怠和疲惫。的一小部分燃气绕过了火焰区域。这种燃料的侧墙向上流经燃烧室和混合与燃烧气体的堆栈和烧伤。 Although the flow field of the combustor is relatively complex, the linear arrangement of the three reaction zones provides the basis for developing a simple phenomenological CRN model. The three reaction zone description is based on both the visual observations of the flame and the probe measurements of the temperature and species concentrations within the combustor.

2.2。实验装置和程序

XTZ燃烧室设计和建造提供实验观测和数据在一个范围的操作条件。XTZ如图的一幅画1。

XTZ燃烧室的模块化设计。其整体尺寸是0.150米宽、0.27米深度,给0.040的横截面积²和一个长度(即。,height) of 1.40 m. The modules consist of an Inconel firebox, containing the flame zones, measuring 0.50 m in height, followed by a stainless-steel burnout section and exhaust stack, measuring 0.90 m in height. The entire rig is enclosed in ceramic wool insulation to mitigate heat loss and improve the accuracy of the adiabatic modeling in the firebox. An OD 0.025 m porous gas tube is used to deliver the gaseous fuel mixture of methane and nitrogen into the firebox. The fuel tube is located 0.08 m from the floor of the firebox. Low porosity of the fuel tube wall maintains the high pressure inside the tube. At all flow conditions, a uniform flame shape was observed indicating that fuel was evenly distributed along the fuel tube. Air enters the firebox through two banks of jets, one on each side wall of the firebox; the banks are located 0.04 m above the center axis of the fuel tube and consist of six equally spaced circular jets, each of 4.8 mm diameter. Mass flow controllers meter the air and fuel mass flow rates. The fuel is methane diluted with nitrogen, which, as stated above, allows for the combustion of reduced heating value fuels to be studied. The nitrogen addition increases the fuel inlet velocity pushing the flame front away from the fuel tube, thereby preventing the flame from attaching to the fuel tube. This helps to maintain the structural integrity of the fuel tube by curtailing the high-temperature oxidation of the metal tube.

实验是在贫燃料条件,在一系列等价比率从0.65Φ到杠杆收购的发生。燃烧室的总空气流量在400 slpm保持不变,和燃料流率是逐步下降的。nitrogen-to-methane稀释比例保持恒定在2.25或3.0。通过保持恒定的空气流量、燃烧室的流体动力学行为的变化是减轻。名义向上的速度的热气体燃烧器是1米/秒,尽管燃烧室内部的温度变化,相应的平均速度变化。每个操作条件是保持直到某些采样参数达到稳定状态。这些参数钻井壁温度和气体浓度采样。这些参数,以及气体的温度和空气和燃料流量,记录在稳定状态。

k型热电偶用于测量燃烧室的温度。热电偶是位于几个在燃烧室壁的立场。气体温度测量,k型热电偶导线支持两眼陶瓷棒的OD 3毫米。焊接热电偶珠,裸,位于接近结束的调查。端口插入气体温度热电偶和气体取样探针位于燃烧室和排气堆栈。燃烧室采样端口位于燃料管轴0.07米以上(在火焰区),和排气管采样端口位于燃料管轴1米(在燃烧室排气)。一个非冷却取样探针用于排气。水冷式取样探针用于减轻氧化气体取样的燃烧室。两个探测器都用不锈钢建造的。除了测量截面的中心,面积测量可用于燃烧室。 The area measurements are obtained by placing the thermocouple or the gas sampling probe, at various distances across the combustor and then pivoting the probe through an included angle of about 30 degrees in the plane of the cross-section. This procedure allows for about 40% of the cross-sectional area to be examined. These area measurements show ±10% deviation from the average value. Only the centerline measurements are reported in this paper.

510 Horiba CO气体分析仪是用于燃烧室气体测量,并分析的废气样品Horiba 534四种燃气分析仪。这是一个没有暖气的分析仪测量的和轻质烃气体采样。在CH Horiba 534分析仪校准₄。样品分析之前是干燥的。收集的所有数据是UEIDAQ几乎和ω数据采集单元和界面的用户通过国家仪器虚拟仪器软件。国家仪器虚拟仪器界面也用于控制空气和燃料的质量流率通过同一个UEIDAQ单位。

2.3。模型开发

理想化的化学反应堆的CRN由一系列网络在一起以线性方式代表XTZ燃烧室:公安局(完全激起了反应堆初期防卷),这是一个PSR限制在最小的物理卷,将维持一个化学反应操作条件,PSR(完全搅拌反应器)的分配恒定体积混合分子规模假设发生瞬间相比化学反应时间、和再生能源(平推流反应器),假设流移动插头,而化学反应进行单向的。纵向混合在再生能源被认为是零。具体地说,公安局是用于点燃混合物,PSR是用于模拟火焰中度到高强度区,和一个再生能源模拟post-flame地区是很有用的。图2显示了CRN用于这项工作。在这个CRN,公安局和PSR认为是绝热反应堆,和塞流反应器被赋予一个非绝热的,单一的温度或温度梯度为每个燃烧室例治疗。由于分配在燃烧室温度测量,这个反应堆称为击球。CRN的主要目标是获取反应堆物种浓度范围的燃料加热值和Φ最小数量的元素来实现实时计算燃烧趋势。这种低计算成本CRN开发不使用CFD模拟,而是基于视觉观察和实验测量的温度和燃烧的主要物种。

燃烧室的火焰的假定在整个燃烧室的燃气等价比率。这个等价比率假定公安局和PSR区和假设进行击球区。一些燃料和空气绕过火焰区域,即。,the PSB and PSR zones, and mix into the PFT zone, where they may burn. The measurements shown in Figure3和图4表明没有绕过燃料氧化在初期的杠杆收购没有额外股份有限公司自成立以来在这个条件。对于基线的情况,测量排气UHC在初期的杠杆收购对应于一个绕过燃料的15%。为了满足质量守恒定律,15%的旁路空气CRN模型中的假设。

我们使用UW-chemical反应堆代码(41]CRN和GRI 3.0化学动力学机制模型。威斯康辛大学的代码计算初期爆裂的体积为每一个等价比率治疗。这是公安局的体积;它比真正的大1%防卷在任何特定的条件。等价比率降低,公安局体积增加。在杠杆收购,即使体积非常大,不是获得融合的解决方案。PSR的体积,代表火焰的延续,一个固定的值为82厘米³是体积近似椭球基于视觉观察基线高亮度区域的燃烧情况Φ= 0.65,杠杆收购的范围。击球时的体积,使用30升的固定值。击球时的分配操作温度是基于实验结果和作为一个边界条件输入实时中的代码。虽然在实验温度在这个区燃烧不均匀,因为热损失;单一值的温度是用于代码构造最简单的CRN可以描述废气排放趋势和一个初期爆裂范围的操作条件。击球时温度认为在这工作是测量,未修正的燃烧室温度。

计算和实验结果的比较显示在接下来的两个部分。CRN结果PSR的燃烧室测量相比,和CRN结果相比出口击球的排气管测量。

2.4。实验结果和讨论

基线的操作条件燃烧室的空气流量400 slpm nitrogen-to-methane稀释率为2.25。杠杆收购发生在Φ0.45。基线条件用于CRN的发展。图3给出了气体温度测量与等价比率,从初期的杠杆收购Φ0.65。温度数据是原始数据的中心线,没有校正热电偶热损失由辐射和传导。燃烧室的平均温度变化从850 K的杠杆收购在0.65Φ1015 K。相应的绝热火焰温度1290 K和1595 K(尾)。使用化学动力学计算atf代码;PSR元素输入(例如,燃料成分、反应器尺寸和流速)对应于实验条件。排气测量温度变化从820 K的杠杆收购在0.65Φ935 K。气体温度降低和减少Φ更快滴在燃烧室和杠杆收购附近的堆栈。温度测量是低于绝热火焰温度。测量温度低的原因是结合以下几点:(i)不完全燃烧,(ii) nonadiabaticity燃烧室,和(3)热电偶的热损失。

图4显示了测量一氧化碳和甲烷浓度相当于UHC基线情况。浓度测量干燥。燃烧室的CO浓度在0.25%体积几乎是常数Φ范围测试。随着当量比的增加,更多的公司形式的燃料,但增加的温度会导致增强氧化有限公司有限公司₂,导致CO浓度几乎保持不变。栈有限公司达到峰值0.33%(体积约为0.50Φ;公司是在富裕和精简等价比率较低。

图4显示了一个显著增加UHC在杠杆收购附近的堆栈。这增加UHC排放从[同意前面的数据39]。在初期爆裂,UHC体积约为0.55%;Φ0.55美元上方,而等价比率,UHC几乎是常数约为0.1%。堆栈的UHC绕过燃料火焰区域的结果。在堆栈,这与post-flame燃料混合气体向上流动的火焰和氧化。附近的杠杆收购,不过,这个氧化过程是弱由于堆栈的较低温度,导致穷人UHC转换成有限公司这一趋势是明显的下降和增加UHC值接近爆裂条件(Φ0.50以下)。另一方面,在最高的值等价比率,UHC和有限公司是相当好氧化有限公司₂。

图5显示了实验数据从其他nitrogen-to-methane稀释比例:3.0。空气流速保持在400 slpm。由于氮的增加,这种情况下吹灭Φ0.48的等价比率更高,相比0.45Φ基线情况。燃烧室CO浓度基线情况类似,几乎恒定的水平~ 0.25%的体积。3.0稀释率情况下表现出类似的堆栈公司趋势基线情况。然而,从基线值是不同的。顶峰公司增加约0.4%,发生在一个更高的价值等价Φ0.57的比例。堆栈CO值等于燃烧室附近的杠杆收购的公司价值。

堆栈UHC数据图5显示了一个陡峭的依赖等价比率比基线情况(2.25稀释)。在初期爆裂,UHC 1.2%的体积大约是两倍的UHC基线情况。氮的增加导致堆栈增加未燃烧的碳氢化合物在杠杆收购。然而,对于测试等价比率最高(0.65Φ),UHC远远低于0.1%,因此,低于基线情况。这种行为可能在堆栈增强混合的结果,因为氮的存在和火焰体积的增加由于降低火焰的速度稀释甲烷火焰。

在这些实验中,碳转化率最高效率的最高值出现在等价比率测试:Φ0.65。碳转换效率表示为: 在这个方程中,化学物种代表他们的摩尔百分比,干燥的基础。对于这两种情况下的燃料稀释,Φ0.65碳转换效率约为96%。

3所示。模型

3.1。CRN基线结果

图6显示测量数据之间的比较和基线稀释的CRN预测情况。接近实时的计算(0.1 2秒延迟)。燃料和空气质量流量输入CRN代码提供直接从虚拟仪器界面,控制mfc电池。只在稳态条件下稳定的数据(火焰温度测量的定义和post-flame区)这项工作,分析了瞬态数据在反应堆加热,冷却,或从一个状态转换到另一个不考虑。根据燃烧室Φ计算时间增加反应堆趋于爆裂的刚度问题。CRN之间的趋势预测和测量如下:(1)杠杆收购的等价比率是0.45Φ。在这个条件计算公安局体积是500厘米³,这是与发光的观察结果一致,湍流火焰燃烧室相对较大。然而,由于减少等价比率(Φ0.45以下),该区域的体积计算变得不切实际。(2)近常数CO浓度的0.25%在燃烧室等价比率的范围(Φ0.45Φ0.65)使用。本协议获得使用固定体积的PSR 82厘米³。注意,CO的恒常性的火焰在一个大范围的操作条件表明,火焰区公司不是一个好代理预测燃烧室的接近杠杆收购。(3)UHC的排气趋势和公司等价比率。(3)协议是在排气UHC趋势,不断减少的最大UHC在初期的杠杆收购(约0.55%)一个小值(小于0.1%)的等价比率最高Φ0.65。协议(3 b)趋势也出现在排气有限公司从初期的杠杆收购,公司增加,达到峰值Φ0.50的等价比率。更高的等效值比率,减少。CRN描述的氧化趋势UHC有限公司,导致公司增加与等价比率最瘦的比率,它预测的氧化有限公司有限公司₂,导致公司减少Φ0.50等价比率比有关。(3 c)的数值差别尾气CO浓度峰值测量预测0.50%和0.33%。虽然没有完成,可以减少这种差异调整的混合率绕过燃料到塞流区。低UHC预测可能造成穷人绕过混合物的混合和燃烧热产品和可能的燃烧在燃烧室壁附近淬火实验。

3.2。CRN火焰区自由基浓度的分析

为了理解接近杠杆收购、三元素CRN用于检查火焰中的自由基浓度区。感兴趣的自由基是哦,啊,和h,重点是哦,因为它可以通过完善的光学观测的方法。哦,激进的已被证明是最长的幸存的自由基火焰因此最有可能用于连续点火的新鲜燃料和空气。图7显示了哦,啊,和H浓度PSR区作为一个函数的等价比率两个氮气稀释比率。自由基浓度降低和减少等价比率。在杠杆收购,哦按体积浓度是0.025%的阈值为每个氮气稀释情况;燃烧不能持续在目前模型如果哦计算值低于这一水平。CRN的使用操作实时确定邻近燃烧室的杠杆收购通过预测哦将提供另一种测量的哦(62年),很大程度上取决于CH激进的行为因为反应的CH + O₂→公司+哦 ,所示(63年,64年]。

4所示。结论

在这个手稿,我们展示一个新颖的方法来监控通过计算燃烧室性能之间使用一个实时模型燃烧参数。低计算成本CRN模型自由基浓度和利率的形成和破坏在主燃烧区,以及时间趋势和预测燃烧室系统中的比率反应操作条件的变化。一些结论和潜在的使用这种方法总结如下。

CRN发展。现象学CRN开发使用观测和数据从实验室燃烧室不使用CFD建模。CRN的作用是在一个范围的操作条件。输入包括燃料和空气质量流率和燃料成分。使用的燃料与氮、甲烷稀释燃烧热值燃料减少。2 N₂对CH₄使用比例按体积:2.25和3.0(基线)。燃料加热值约17000和14000 kJ /公斤,分别。等价比率范围检查Φ0.45Φ0.65。与蓝色火焰区是充气光度展出。CRN包含三个化学反应器元素放置在系列:完全绝热搅拌反应器操作在初期爆裂(公安局)完全绝热搅拌反应器(PSR)非绝热的平推流反应器的操作在一个分配(测量)温度(击球)。公安局的体积计算每种情况;这本书是由代码自动调整。PSR的卷和击球是固定的,没有改变。公安局是用来点燃燃气混合物和代表火焰前锋。PSR模型用于火焰和立即post-flame,击球是用来表示倦怠部分。

与实验数据进行比较。转换现象学CRN在良好的协议与几个实验观察。CRN显示公安局体积急剧增加杠杆收购的条件实验,表明燃烧室是邻近的操作精益火焰爆裂(杠杆收购)。CRN显示常数CO浓度火焰区附近的等效比例是不同的。CRN趋势同意测量尾气CO浓度和UHC等价比率的范围。模型预测可以提高通过调整混合旁路的击球区,引入一个更精致的模型反映了流模式,和热损失的子例程。CO氧化的探针需要进一步调查。探测器可以通过添加再生能源建模元素(65年]。调查计算将添加到模型运行时;这些没有执行这项工作的重点是证明一个概念验证实时计算的接近杠杆收购上游发生堆栈的测量位置。然而,堆栈和探测建模可以对优化排放或燃烧室效率很重要。

使用实时CRN的系统性能分析。本文提供的方法可以用于燃烧室性能的实时监控,预测排放趋势,和之间的估计系统参数,如接近爆裂、燃烧效率、排污率。最有趣的一个发现是可能使用CRN作为预测工具的燃烧稳定性监测。接近杠杆收购,基态的CRN预测是一个近似的线性减少哦集中值约为0.025%。这阈值可能不是普遍的,需要确定为一个特定的反应堆。然而,导致杠杆收购的趋势是清晰的,应该进一步研究和验证实验。其他阈值和比例率和浓度可能被认为显示方法的鲁棒性和适用性的实际燃烧系统。

泛化。较低的计算成本模型可以发展为一个特定的系统和操作参数。CFD可以帮助建设这样一个系统类似于白尾海雕方法占流动结构的反应堆。然而,这项工作的主要目的是演示一个模型,该模型可以描述系统的趋势在一个范围的燃料和实时操作条件。这项工作表明CRN的使用监控低热值燃料的燃烧,特别是靠近爆裂基于哦激进的趋势。自由基的测量是困难的在大多数实际的应用程序中。基于模型的方法可以用在各种燃烧系统来监视燃烧趋势对系统形成污染,燃烧效率,接近一个爆裂。

术语和定义

尾:	绝热火焰温度
有限公司:	一氧化碳
:	在完全燃烧二氧化碳
CRN:	化学反应器网络,化学反应器的安排元素描述燃烧室
稀释比例:	的比例来体积的燃料混合物
元素:	化学反应器,如PSR或再生
白尾海雕:	等效反应器网络
燃料:	甲烷与氮
	燃料空气当量比
杠杆收购:	精益火焰爆裂
哦:	过氧化氢
再生能源合作公司:	平推流反应器,反应器组成的一维流动,以及化学变化,没有扩散,出现。通常用于模型燃烧室的倦怠区
公安局:	PSR操作初期爆裂。化学动力学代码计算公安局卷:第一,百分之一最低PSR体积计算,然后添加到元素中的最小体积,以确保持续燃烧。手稿,公安局体积称为防卷也渐露端倪。公安局通常用于模型火焰面前
PSR:	完全搅拌反应器,零维反应堆空间均匀的温度和化学成分,化学的速度很慢(控制)相比,混合率。它通常用于模型发光,主火焰和高强度再循环区。psr(公安局)自燃
Slpm:	标准升每分钟
UHC:	未燃烧的碳氢化合物,碳氢化合物气体的总和来衡量一个常温烃分析仪,表示为等价的甲烷
XTZ:	实验three-zone燃烧室
区:	燃烧室的一个地区特定的特性,如光焰,主火焰区,或二级倦怠区。术语“区”和“元素”CRN交替使用。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

手稿是基于MSME Pieter DePape先生的项目,负责实验设备的设计和制造。Depape先生进行了实验室实验和初步数据分析和提供了初稿的手稿。教授Igor Novosselov DePape先生的学术顾问,负责项目的总体方向,并提供日常指导在实验和建模工作。

确认

这项研究部分由美国农业部SBIR格兰特号2014-33610-22601在华盛顿大学的分包合同。

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