基于脉动燃烧技术的土壤消毒蒸汽发生装置设计与试验

为解决设施园艺土壤蒸汽消毒的蒸汽来源问题,设计了基于脉动燃烧技术的蒸汽发生装置。该装置主要由脉动燃烧发动机和锅体两部分组成,脉动燃烧发动机作为热源,其主体浸没在锅体内部水中。通过功率计算,在饱和蒸汽压力为0.6 MPa条件下满足130 kg/h蒸汽产量需要功率107.12 k W,8组脉动燃烧发动机可以满足功率需求。设计了双化油器脉动燃烧发动机,两只化油器同时进油、进气,通过"Y"型喉管连接,燃烧室呈圆柱形,尾管由3根螺旋管并联组成。试验结果表明,脉动燃烧发动机在空气中和水中均具有良好的启动性和工作稳定性,在空气中工作频率保持在90.80~90.89 Hz之间,平均频率90.86 Hz,在水中工作频率保持在87.27~87.81 Hz之间,平均频率为87.51 Hz。额定工况和非额定工况下,蒸汽发生装置热效率分别为95.5%、95.8%。额定工况下蒸汽产量150 kg/h、油耗9.7 kg/h、功率110.8 k W、尾气温度108℃、过量空气系数1.026,满足土壤蒸汽消毒蒸汽量的要求。     

土壤消毒机蒸汽输送装置的设计与数值模拟

土传病虫害严重制约了设施栽培的发展。蒸汽消毒相比于其他土壤消毒方法,具有诸多优点,其利用高温杀死土壤中的病虫草害,提高了土壤的通透性和排水性,且对环境无任何污染。为此,基于脉冲式土壤蒸汽消毒机的总体结构,重点对蒸汽输送装置的注射针头以及蒸汽罩盖、针头间距、针头数目等蒸汽盘关键结构参数进行了设计。利用Fluent软件对土壤传热模型进行了数值模拟,分析了注射针头周围土壤的温度分布云图。结果表明:持续施加蒸汽7min、停止通蒸汽35min后,在半径10cm内、深度21cm范围内,土壤的温度能保持在90℃以上,验证了蒸汽输送装置结构的合理性。     

油门开度对Helmholtz型脉动燃烧器温升特性影响的模拟与验证

为研究脉动燃烧器燃烧室外温度场的温度变化规律,以Helmholtz型脉动燃烧器为热源,建立了5种油门开度条件下燃烧室中心横截面内的空气温度场模型,进行了二维非稳态数值模拟。对热源的升温规律进行了拟合,拟合结果与实测温度的最大绝对误差为5.2℃,最大相对误差2.2%,应用Fluent的UDF接口将热源的升温规律添加到模型中,该模型与实际情况吻合较好,平均相对误差在2.68%~5.54%之间。研究结果表明:燃烧室外温度场升温过程呈"S"型,同一方向上距离燃烧室越近,到达峰值温度所需时间越短,同时升温速率与峰值温度也越高。在与燃烧室中心距离相等的各点中,燃烧室上方的点的升温速率和峰值要高于燃烧室右方及下方的点。在密度差作用下,燃烧室外流场气流由下向上运动,经过燃烧室时产生卡门涡街,致使模型中燃烧室上方温度场出现周期性震荡,随着旋涡向上运动,对温度场的影响也逐渐减弱,温度振幅逐渐降低。该文可以了解以油或水为加热介质的脉动燃烧加热器内部温升过程,为优化加热器内部热源结构设计提供参考。