本文综述了燃烧理论的研究现状,并在此基础上建立了燃烧室内的包括流动、传热、混合、燃烧化学反应以及火焰辐射的二维数学模型,针对三种模型、不同过量空气系数以及混合燃料中CO与CH4以不同比例混合时对燃烧室温度场、流场以及燃烧产物浓度场的影响进行了数值模拟分析;同时针对含CO的混合燃料燃烧过程中混合气体中存在大量辐射气体组分的特点,进行了研究火焰辐射及其再吸收对燃烧室内火焰结构、稳定性的影响规律,为含CO的混合燃料燃烧装置的仿真模拟与优化设计提供了依据。本文的研究内容主要包括以下两部分:(1)建立了考虑辐射频谱特性的统计窄带火焰辐射模型。模型中根据辐射气体的物理性质,分别计算随边界温度、火焰厚度、混合燃料燃烧产生混合气体各组分的浓度等参数变化时对应各个波长段的辐射强度和透射率。用FORTRAN语言编制了应用DOM(discrete ordinate method)方法、窄带辐射统计模型求解火焰辐射热损失的计算程序。通过对统计窄带辐射模型和光学薄模型的分析计算,解明了辐射成分浓度、壁面温度、火焰厚度等参数变化时辐射再吸收对火焰辐射热损失的影响规律。在详细计算火焰辐射频谱特性的基础上,得到了应用于实际高温气体系统仿真模拟所需要的混合气体对应各个波长段的辐射特性。(2)建立了包括流动、传热、混合、燃烧化学反应以及火焰非灰辐射的含CO的混合燃料燃烧系统二维数学模型,并对其燃烧过程进行了数值解析。解析湍流燃烧模型为:湍流模型采用Realizable k ? ?模型、辐射模型采用DO(Discrete Ordinates)模型、燃烧模型采用涡耗散概念(Eddy-Dissipation Concept)模型;针对高温气体燃烧过程中存在大量辐射气体组分的特点,进行了火焰辐射影响的研究,分别采用绝热模型(无辐射)、光学薄辐射模型、非灰体辐射模型对燃烧室温度场、流场、燃烧产物浓度场进行了解析计算;同时,针对不同过量空气系数、混合燃料中CO与CH4以不同比例混合时对燃烧室温度场、流场、燃烧产物浓度场进行了解析计算;同时对于以上各种情况,均采用16种组分41步详细反应机理,这样使模型更接近实际情况。通过研究发现:(1)火焰厚度和边界温度对辐射热损失影响很大,CO2体积分数的增加导致辐射再吸收作用的增强,光学薄模型过高估计了辐射热损失。(2)火焰辐射对燃烧室内温度有明显影响,应用绝热模型计算的燃烧室内温度最高,比光学薄模型最高温度大约高270K,比非灰体辐射模型高大约140K左右;(3)当过量空气系数大时,空气流的速度增大,一方面使高温燃气被吹出燃烧室,使燃烧室内温度降低,同时使火焰面的最高温度降低,最终影响可燃气体的燃烧质量;另一方面使一些没有来得及燃烧的反应物及中间产物被吹出燃烧室,导致燃烧室的能源和资源浪费。(4)当混合燃料中CO的比例减少时,随之CH4的比例增加,CH4的快速燃烧放出大量热量,使燃烧室内部最高温度增高;同时随着CO的减少,燃烧所需要的空气越多,从而要求空气速度越高,这样就会使CH4燃烧放出的热量会有一部分热量被吹出造成热量的浪费。因而为了增加CO的燃烧效率,CH4的含量并不是越多越好,而是要找一个最优解,这样才能合理、高效的利用CH4快速燃烧所放出的热量。因此,对含CO的混合燃料燃烧过程进行数值解析及仿真计算时,很有必要考虑辐射介质的频谱特性和辐射再吸收。