郎芝花[1]2001年在《脉动燃烧干燥过程的传热传质研究》文中指出脉动燃烧干燥技术是近年来出现的一种新型干燥技术，它利用脉动燃烧器产生的高温、高频脉动气流和声波能进行干燥。文献报道脉动燃烧干燥过程具有能耗低、热、质传递速率高、环境污染小、以及投资成本底等很多优点，但由于对脉动燃烧干燥的热质传递过程进行量化研究的报道极为有限，限制了脉动燃烧干燥过程的工业应用。本文重点对脉动燃烧干燥的传热传质进行了试验研究及理论分析，其主要内容如下： （1）脉动燃烧干燥过程的传热研究 脉动燃烧干燥过程与传统的稳定气流干燥过程的主要区别在于脉动燃烧干燥过程是高频（通常为50～200 Hz）脉动的气流与被干燥物料间的热质传递过程，而传统的干燥过程是稳定气流与被干燥物料间的热质传递过程。因此可以预计在热量传递过程中的主要差别应集中在对流换热过程，而其它两种热量传递方式，辐射与导热换热过程应不至有太大的差别。本研究将集中在高频脉动气流与被干燥物料间的对流换热过程上，弄清楚脉动频率对对流换热特性的影响。反映对流换热过程特性的主要参数是对流换热系数。为了便于测量与计算，本文选用导热性能很好的黄铜为实验物料，以应用集总热容法求取物料与气流间的对流换热系数。通过改变尾管长度来改变脉动频率，以观察不同操作参数条件对换热系数的影响，并建立起了计入脉动频率影响的努塞尔准数关联式。最后根据所建立的准数关联式，代入描述耐火土颗粒在脉动气流干燥条件下的热平衡方程对物料的干燥过程进行模拟。将模拟计算的结果与相同条件下的试验结果比较发现两者吻合的很好，从而验证了上述关联式的正确性。 （2）脉动燃烧干燥过程的传质研究 干燥过程中的质量传递主要是指物料中的水分向干燥介质中的传递过程，包括水分在物料内部向表面的分子扩散和物料表面的蒸汽向气流中的对流传质过程。一般的分析认为：与传热过程类似，由于气流脉动对固体材料表面边界层的扰动很大，因此对对流传质过程的影响较大，而对其材料内部的质量扩散过程的影响可能较小或没有什么影响。但考虑到脉动燃烧尾气流的高频振荡声波能可能会深入到固体物质的内部，促进其中的湿分迁移过程，即影响到质量扩散系数。但有关的理论和实验研究都很有限，目前尚未见有有关的报道。因此本研究首先观察脉动频率对质量扩散系数的影响。然后再通过理论分析与实验数据结合的方式确定了该过程的对流传质系数以及脉动频率对它的影响。最后建立了计入脉动频率影响的对流传质的经验关联式。本文为国家自然科学基金资助项目，项目编号为：59776037的部分研究内容。
程良梅[2]2007年在《Rijke管型自激式脉动流化床燃烧、脱硫和干燥特性实验研究》文中提出脉动燃烧技术具有燃烧强度高、燃烧效率高、传热效率高、排烟污染小、能形成自吸以及结构紧凑，节省固定投资等特点。流化床燃烧技术是一门比较成熟的已得到广泛推广应用的燃烧技术。浙江大学热能工程研究所将脉动燃烧与流化床燃烧相结合，提出了Rijke管型自激式脉动流化床的概念。本文就这种新型燃烧方式的燃烧特性、烟气脱硫特性和干燥特性进行了研究，以完善Rijke管型自激式脉动流化床的研究工作，为流化床领域的研究拓宽新的思路和研究方向。首先本文在综述了国内外流化床技术、脉动燃烧技术及二者相结合的脉动流化床燃烧技术的燃烧效率，脱硫特性及干燥特性研究进展的基础上，提出了本课题的研究工作。接着本文进行了Rijke管型自激式脉动流化床燃烧特性的实验研究，研究了静止床层高度、进口空燃比及燃烧区温度对燃烧效率的影响，研究发现：Rijke管型自激式脉动流化床的燃烧效率非常高，在进口空燃比只有0.8～0.9的情况下，燃烧效率仍然能达到接近100％。而后本文进行了Rijke管型自激式脉动流化床脱硫特性的实验研究，研究了在不同Ca／S比、不同床层燃烧温度、不同脱硫剂颗粒尺寸及不同SO_2初始浓度情况下，脉动与非脉动两种工况的脱硫特性，研究发现：Rijke管型自激式脉动流化床脱硫特性和常规流化床脱硫特性相似，但脉动的存在更有利于流化床脱硫反应的进行。最后本文进行了Rijke管型自激式脉动流化床干燥特性的实验研究及数学模型的初步研究，在实验研究了床层料厚、干燥温度，干燥风速及干燥物料粒径各因素对脉动流化床干燥特性的影响基础上，采用常用薄层干燥模型对干燥实验数据进行了拟合研究，考虑到脉动燃烧的存在对物料干燥的影响，对常用薄层干燥模型进行了一定程度的改善，获得了更适合Rijke管型自激式脉动流化床干燥的薄层干燥模型，对这种新型燃烧方式在干燥领域的应用具有一定的指导作用。
岳莲[3]2014年在《蛋清粉和奶粉脉动燃烧喷雾干燥实验研究》文中研究说明脉动燃烧喷雾干燥技术是利用燃烧驱动振荡产生的高温、高速脉动气流将料液雾化并快速完成干燥。与传统的压力喷嘴喷雾干燥器相比,其传热传质快、效率高、能耗低、污染排放低、结构简单、成本低、干燥物料范围广。目前脉动燃烧喷雾干燥在一些工业产品领域,如纳米陶瓷材料、氧化锆泥浆、硅基非氧化陶瓷等,以及污泥干化处理方面已经有应用,但对于食品中一些热敏性物料是否适用需要进一步的验证。课题选择了两种喷雾干燥生产的热敏性物料蛋清粉和奶粉为研究对象,采用PCS公司的脉动燃烧喷雾干燥试验装置制备样品,分析其干燥能耗和产品质量,并与传统喷雾干燥生产的商品蛋清粉和奶粉比较,以评估脉动燃烧喷雾干燥在热敏性食品中的应用潜力。本课题主要内容如下：(1)采用PCS脉动燃烧喷雾干燥试验装置制备蛋清粉,分别从干燥能耗、基本成分、粒径分布、结构特征、起泡性及稳定性、凝胶性和蛋白质变性主要物化性质角度与传统喷雾干燥蛋清粉进行对比,结果表明：脉动燃烧喷雾干燥过程中能耗低；基本成分与传统喷雾蛋清粉成分基本相同；产品颗粒粒径更小,分布更均匀,呈中空结构,团聚现象不明显；且泡沫稳定性好,蛋白质变性少,产品的起泡性和凝胶性可以进一步处理提高。因此,初步判断脉动燃烧喷雾干燥可以用于制备蛋清粉；(2)采用PCS脉动燃烧喷雾干燥试验装置制备奶粉,分别从干燥能耗、基本成分、粒径分布、结构特征角度与传统喷雾干燥奶粉进行对比,结果表明：脉动燃烧喷雾干燥过程中能耗低；基本成分与传统喷雾奶粉成分基本相同；产品粒径更小,但颗粒团聚现象明显,导致分布不均匀。针对实验结果的不足进行深入分析,发现颗粒团聚现象明显的原因是脉动燃烧喷雾干燥过程中粘壁现象严重,大量产品附着在干燥塔壁上,并据此提出进一步的解决方案。
吴中华[4]2002年在《脉动燃烧喷雾干燥过程数值模拟》文中研究说明脉动燃烧干燥技术是近年来出现的一种新型干燥技术，它利用脉动燃烧器产生的高温，高频脉动尾气流直接雾化和干燥液态物料。与传统喷雾干燥相比，脉动燃烧喷雾干燥具有能耗低，热，质传递速度高，环境污染小，以及投资成本低等很多特点。长期以来，对喷雾干燥过程进行了各种试验和模拟研究，但这些研究并不能揭示喷雾干燥室内气体运动状态，颗粒群的运动轨迹和各种热力学参数分布信息，常规的测试手段又很难测得，而这些参数分布信息对干燥器没计和过程优化具有重要指导作用。为解决这一难题，本文利用气体一颗粒两相流理论和计算流体力学(CFD)技术，建立了更符合实际喷雾干燥过程的数学模型即喷雾干燥的CFD模型，并进行了脉动燃烧喷雾干燥过程模拟，其主要内容如下： (1)建立了脉动燃烧喷雾干燥的CFD模型 该数学模型建立在气体一颗粒两相流基础之上，用标准k-ε模型预测干燥室内的气体湍流运动过程，颗粒轨道模型追踪干燥室内颗粒群的运动轨迹，热质传递模型描述空气和液滴的热质传递过程。通过模型的求解，得到了干燥室内气体运动状态，气体温度、湿度分布，颗粒运动轨迹，颗粒沿运动轨迹质量变化，颗粒沿运动轨迹的温度变化等各种动力学和热力学参数分布信息。加深了对该干燥过程的了解。模拟结果还解释喷雾干燥过程中出现的涡流和颗粒粘壁现象，脉动燃烧喷雾干燥过程出现的回流现象等以往了解不够透彻的问题。模拟得到的干燥过程中各种热力学参数分布信息为脉动燃烧喷雾干燥器的设计，选型，干燥过程优化等捉供了参考。 (2)进行了模型的求解 本文详细论述了该类数学模型的具体求解过程，包括模拟区域的确定和非结构化网格的划分、边界条件的选择、微分方程的控制容积离散方法、代数方程组的SIMPLER解法以及两相流方程的LEGAMI算法。 (3)进行了脉动燃烧喷雾干燥试验和数学模型验证 建立了脉动燃烧喷雾干燥试验装置，并利用质量分数10％的NaCl溶液进行脉动气流直接雾化和干燥的试验。测量了实际干燥过程中干燥室内各点的气体温度，并进行了实验结果与模拟结果比较、分析。试验观察证实了模拟揭示的脉动燃烧喷雾干燥过程的粘壁现象。实验与模拟结果比较表明CFD模型能够比较精确地模拟脉动燃烧喷雾干燥过程。 (4)揭示了气流脉动对干燥过程的影响 本文模拟脉动频率为83Hz的脉动气流和非脉动气流的两种干燥过程，比较两种干燥过程的颗粒蒸发速率和湿含量变化。模拟结果表明气流脉动对喷雾干燥过程有一定增强作用。
李华[5]2007年在《脉动流强化传热规律实验研究》文中研究指明脉动传热问题是非稳态流动换热技术工程应用的一类典型代表。湍流脉动传热作为其重要的组成部分，尚未进行广泛深入的研究，限制了相关工程技术的发展。本文设计了叶片式脉动发生器为实验提供脉动流，提出了合理的脉动流流量测量方案，通过恒温水浴实现了均匀壁面温度的热边界条件，搭建起研究湍流脉动传热特性的实验台。通过实验方法对时均速度范围为16～40m／s，脉动频率范围为0～100Hz的均壁温热边界条件湍流脉动空气对流换热特性进行了研究，处理了所得数据的实验误差。在综述已有描述脉动传热特性的无量纲数和实验关联式后，选择了描述脉动传热影响因素的无量纲准则数。以脉动流进出口压力振幅之比为基础，定义了无量纲脉动振幅，并对雷诺数、Womersley数和无量纲脉动振幅数与努塞尔数之间的关系进行讨论。基于所测实验数据，采用线性回归分析方法获得了反映湍流脉动传热规律的准则方程，通过偏差比较和统计学手段分析了所得方程的拟合效果，给出了准则方程的实验验证范围。分别讨论了时均流速、脉动频率和脉动振幅与脉动流强化传热比之间的关系，分析了脉动流强化传热作用的特性，提出了脉动传热学术研究与工程应用的努力方向。
刘云芳[6]2007年在《脉动流化床机理研究》文中提出脉动燃烧具有燃烧强度高、燃烧效率高、传热效果好、污染物排放低等优点，被广泛应用于工业生产及民用采暖领域。而流化床燃烧技术则具有传热传质高、操作弹性系数范围宽、单位设备生产能力大、设备结构简单、造价和维护成本低以及污染物排放量低等优点。本课题将脉动燃烧技术和流态化燃烧技术结合，发展一种新型的燃烧方式，即脉动流化床燃烧技术。希望能够利用脉动强化传热、传质、降低环境污染的优点，以及脉动状态下高强振动的流场改变流化床中床料颗粒运动的特性，进一步优化流化床内的气固两相流动。本文内容包括国内外研究工作综述总结，脉动流化床流化与声学压力特性实验研究，脉动流化床传热特性实验研究，脉动流化床脱硫特性实验研究及Pijke型脉动燃烧器数值模拟与脉动流化床流场模拟六大部分。国内外研究工作综述总结总结了脉动燃烧技术的兴起、发展及脉动燃烧传热、脱硫研究概况。并对课题涉及的Rijke管及Rijke型脉动燃烧器在燃用固体燃料方面的实验研究情况及模型分析方法进行总结。在分析了脉动燃烧及流化床燃烧技术的优缺点后，提出课题研究内容。脉动流化床流化与声学压力特性实验研究在实验验证了Rijke型自激脉动流化燃烧概念后，在不同运行条件(空截面风速、静止床层高度)下，实验研究了Rijke型自激式脉动流化床的声压振动特性，研究结果表明：脉动流化床内建立起的声波特性和Rijke型脉动燃烧器内的一样，各点压力呈正弦规律上下振动，且压力是基波幅值最大的多次谐波的迭加。同时脉动流化床内各点的压力是流化状态下的压力和Rijke型脉动燃烧状态压力的和：p′_l=p_(l，0)+∑P_nsin(nπl_e)/L sin(ω_nt)。脉动流化床传热特性实验研究在不同空截面风速、静止床层高度条件下，研究了脉动与非脉动情况下流化床内床层与壁面及燃气与水平受热管之间的传热规律，对比结果表明脉动状态下床层与壁面间的传热系数提高14％，而燃气与水平受热管间的传热系数提高22％，脉动促进传热。脉动流化床脱硫特性实验研究对不同初始SO_2浓度、不同初始脱硫剂颗粒平均直径、不同燃烧区温度条件下脉动与非脉动状态下流化床内的脱硫实验研究表明，Rijke型自激式脉动流化床具有类似于常规流化床燃烧器的脱硫特性：固硫剂的CaO利用率随初始SO_2浓度的增加而增加，脱硫燃烧温度存在最佳值，以及CaO利用率随脱硫剂颗粒平均直径的增加而减小。同时脉动状态下的CaO利用率明显高于非脉动状态。Rijke型脉动燃烧器数值模拟应用计算流体力学(CFD)技术对二维Rijke型脉动燃烧器进行数值模拟，得到预混燃烧Rijke型脉动燃烧器内燃烧反应物、生成物、管内温度分布，以及脉动燃烧状态下的压力幅值线性增长特性和有限循环幅值特性。脉动流化床流场模拟在特定的入口条件下，应用计算流体力学(CFD)技术对叁维流化床在不同振动强度、不同频率扰动作用下的流场进行模拟，得到声波扰动对流化床流场分布的影响，结果表明声波振动可以使流化床内的流场分布更加均匀，促进热质传递。通过实验研究和模拟计算，本文得到的一些结果为脉动流化床这种新型燃烧方式的进一步研究和应用奠定了一定的基础。
刘相东[7]1999年在《介绍一种新技术——脉动燃烧干燥》文中认为脉动燃烧干燥技术是近年来引起人们极大兴趣的一种新型干燥技术.它利用脉动燃烧产生的具有强振荡特性的高温尾气流对物料进行干燥.在强振荡流场的作用下(振荡频率在50～300Hz之间),物料表面与干燥介质间的速度、温度及湿分浓度边界层的厚度均大大降低,从而强化了物料与气流之间的热量和质量传递过程;特别是液体物料在该强振荡流场的作用下被冲击、破碎成极小的液滴,大大提高了其表面积;再辅以高温(气流温度一般在700～1200℃之间)在极短的时间内即可完成物料的干燥过程.实验表明,对咖啡、工业废液等物料的干燥,在0.01s之内即可将其干燥为粉状产品.由于干燥时间极短,所以物料的温度一般均不超过50℃.良好的传热、传质特性导致了干燥过程中极高的蒸发效率,与理想蒸发能力2.674kJ/kg H_2O比较,脉动燃烧干燥过程中的蒸发能力最高可达2900kJ/kg H_2O(一般干燥器该值约在5000～10000kJ/kg H_2O之间).强化的干燥动力学特性,短的物料热处理时间和较低的物料温度使脉动燃烧干燥成为一种理想的干燥技术.特别是在处理一些具有热及湿不稳定特性的物料时,上述特点极有利于保证干燥后物料的质量.
李青全[8]2014年在《Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器着火特性实验研究》文中研究说明脉动燃烧具有燃烧效率高、燃烧强度大、传质速率高、传热系数高、污染物排放量小、具有自吸功能和结构简单等优点。脉动燃烧的主要缺点是运行范围窄，运行不稳定。研究脉动燃烧的着火特性对控制脉动燃烧器的稳定运行，扩展脉动燃烧器的运行范围有着重要意义。设计搭建了Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器着火特性实验台。测量了燃烧器的着火范围。对脉动燃烧的着火进行了分类，根据初始条件的不同，脉动燃烧的着火可分为无着火，预着火过渡过程和成功着火叁种情况，介绍了叁种情况下燃烧室内火焰运动与压力振荡的发展情况。分析了着火过程中的燃烧室内压力变化的原因：在开始阶段，火焰迅速传播，点燃了燃烧室内未燃气体。由于燃烧的燃气量大，温度急速上升从而造成压力急速上升。随后，由于燃烧室内燃气被燃尽，压力又降到未燃时候的值附近。接下来，新通入燃烧室的燃气又被点燃，燃烧功率逐渐加大，燃烧室内震荡的逐渐变强，最后稳定下来。脉动燃烧器着火过程可分为预着火过渡阶段、点火延迟阶段、脉动发展阶段和周期性振荡阶段4个阶段。由于燃烧室内流动的复杂性，点火点处混合状态不同等原因，前3个阶段的压力振幅和频率都存在着较强的随机性，周期性振荡阶段的压力振荡则有规律。研究得到周期性振荡阶段功率和过量空气系数与燃烧室内压力振幅和频率的关系：在过量空气系数不变的情况下，随着功率的的增大燃烧室内压力振幅和频率都增大；在功率不变的情况下，随着过量空气系数的增大，燃烧室内压力振幅增大而频率则变小。在燃烧器着火过程中，尾管排烟温度在爆燃后快速升高，随后在点火延迟阶段和脉冲发展阶段升高速率较低，在1s内达到最大值最后温定下来。燃烧器的着火时间，点火延迟阶段和脉动发展阶段的时间通常为几十毫秒到200ms，从最后一次爆燃结束到建立脉动燃烧的总时间通常在300ms左右。
刘云芳, 程乐鸣, 郑海啸, 骆仲泱, 岑可法[9]2005年在《固体燃料的脉动燃烧技术》文中研究表明在分析脉动燃烧概念、特点和应用基础上,对Rijke型脉动燃烧器燃用固体燃料时的脉动燃烧特性、传热特性和产物生成特性的试验研究进行总结并分析讨论,可以看出脉动强化了气流与颗粒间的传热、传质,具有燃烧效率高、传热效果好、污染物排放少的优点,是一种高效节能低污染的燃烧方式。最后提出了将脉动燃烧和流化床技术相结合的脉动流化床燃烧技术。图11表2参35
苏海涛[10]2015年在《传热对脉动燃烧稳定性影响的研究》文中指出微燃烧器是微型动力系统的核心部件,但现有微燃烧器都是基于连续燃烧的方式工作,在微尺度效应的作用下,燃烧器内易出现工作不稳定、燃烧不完全、燃烧效率和热效率低、污染物排放浓度高等问题。脉动燃烧具有燃烧效率高、燃烧强度大、热效率高、污染物排放低等优点,或可克服现有微燃烧技术难题。课题组提出了一种微脉动燃烧技术的概念,并通过实验验证微脉动燃烧的可行性。基于此本文对微小管径的Rijke型脉动燃烧器在不同的换热条件下运行稳定性进行了实验研究,通过对不同工况下运行频率、稳定性、信噪比以及传热特性的分析,得到了如下研究结果：1. Rijke型脉动燃烧器中产生脉动燃烧需要满足以下几个条件：燃烧位置位于管子下半部的某个区域,管内需要达到一定的气体流速,燃烧放热必须达到一定强度。2.脉动燃烧器运行过程中存在频率跳变现象,并且尾管外的换热增强会丰富燃烧器内的频率含量。按照频率特性,其运行工况可分为四个区域：低频区、高频区、高次谐波区和湍动区,石英管脉动燃烧器在湍动区易出现熄火的现象,而不锈钢管脉动燃烧器没有出现类似的现象。3.绘制了不同管径不同烧嘴高度不同换热条件下的脉动燃烧运行稳定性图。发现管径越小,燃烧位置越低,燃烧器内能够产生脉动的气体流量范围越大,运行也越稳定。随着Rijke管外换热的增强,燃烧器内起振所需的最小丙烷流量增加,频率跳变时的丙烷流量增加,脉动停止时的丙烷最大流量也有所增加,燃烧器的稳定性更好。4.对信噪比的研究发现,信噪比并不是随着丙烷流量(功率)的增大而简单的增大,而是随着丙烷流量的增大先增大后减小,在中间某个丙烷流量下达到最大值,出现了热源功率“饱和”现象。并且随着Rijke管外换热的增强,烧嘴位置的升高,信噪比是逐渐降低的。5.在燃烧器的换热效率研究方面,换热效率与脉动频率、振动强度是成正比的,空气流量和丙烷流量的增大,会减弱频率和振动强度减小对热效率的负面影响。
参考文献：
[1]. 脉动燃烧干燥过程的传热传质研究[D]. 郎芝花. 中国农业大学. 2001
[2]. Rijke管型自激式脉动流化床燃烧、脱硫和干燥特性实验研究[D]. 程良梅. 浙江大学. 2007
[3]. 蛋清粉和奶粉脉动燃烧喷雾干燥实验研究[D]. 岳莲. 天津科技大学. 2014
[4]. 脉动燃烧喷雾干燥过程数值模拟[D]. 吴中华. 中国农业大学. 2002
[5]. 脉动流强化传热规律实验研究[D]. 李华. 浙江工业大学. 2007
[6]. 脉动流化床机理研究[D]. 刘云芳. 浙江大学. 2007
[7]. 介绍一种新技术——脉动燃烧干燥[J]. 刘相东. 化工进展. 1999
[8]. Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器着火特性实验研究[D]. 李青全. 哈尔滨工业大学. 2014
[9]. 固体燃料的脉动燃烧技术[J]. 刘云芳, 程乐鸣, 郑海啸, 骆仲泱, 岑可法. 动力工程. 2005
[10]. 传热对脉动燃烧稳定性影响的研究[D]. 苏海涛. 天津科技大学. 2015