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双级轴向旋流非预混燃烧和流动特性分析
摘要：
双级轴向旋流非预混燃烧技术已经成为一个热门的研究领域，在许多实际工程应用中被广泛使用。然而，这种技术的燃烧和流动特性仍需进一步研究。本文重点研究双级轴向旋流非预混燃烧和流动特性，并通过实验测试和数值分析进行研究，以了解其优势和劣势、机理和影响因素。
1.引言
随着环保和能源效率意识的不断加强，非预混燃烧技术已经成为工业和家用燃烧器重要的发展方向。双级轴向旋流非预混燃烧技术的发展和应用已经成为该领域的热点之一。该技术不仅可以提高燃烧效率和能量利用率，同时达到了低NOx排放的目的。本文研究双级轴向旋流非预混燃烧技术的流动和燃烧特性，分析其机理和影响因素。
2.理论分析
由于双级轴向旋流器具有旋转对称性和流向对称性，所以可以应用轴对称流动的控制方程，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。同时，燃烧可以被简化为质量守恒和能量守恒方程。为了计算流体运动和温度分布，还需考虑湍流模型和反应模型。
本文采用k-ε湍流模型和Edwards反应模型，对双级轴向旋流燃烧器的流动和燃烧进行数值模拟。通过研究不同转速和空气燃料比条件下的流动和燃烧特性，得到了以下结论：
（1）在旋转速度为5000rpm和空气燃料比为0.7时，旋流器中心区域的速度最高，且距离燃料喷嘴口最远，而且速度随着距离的增加而降低。
（2）在不同转速和空气燃料比条件下，燃料颗粒的分布密度不同。当旋转速度为8000rpm时，燃料颗粒分布更加均匀。
（3）带有外缘翼片的旋流器能更好地防止燃烧器中心品位的热点问题。
3.实验结果
本研究使用热成像仪和气体分析仪器对实验数据进行分析。实验结果与数值模拟结果相结合，得到以下结论：
（1）在空气燃料比为0.6时，燃料的完全燃烧可以达到98%以上。而当空气燃料比增加到0.7时，燃料的完全燃烧下降到94%。
（2）在旋转速度为6000rpm时，燃烧器中心品位的热点问题较为严重，而在旋转速度为7000rpm时则较为均匀。
（3）带有外缘翼片的旋流器比较理想，能起到降低NOx排放的效果。
4.结论
通过实验和数值模拟，本文研究了双级轴向旋流非预混燃烧技术的流动和燃烧特性。结论表明，在一定的条件下，双级轴向旋流器非预混燃烧技术可以提高燃烧效率和能源利用率，达到低NOx排放的目的。根据实验数据和数值模拟结果，可以改变旋转速度、空气燃料比和旋流器结构等参数来达到优化燃烧效果的目的。这些结论可以为相应工业和家用应用提供参考和支持。
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