直流二次风扩口对燃烧器流场影响的试验研究

在气固两朴实验台上采用先进的ＰＤＡ测试技术对不同直流二次风扩口角度情况下径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口气相速度和脉动速度、颗粒浓度分布进行了测量,得出了直流二次风扩口角度对径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口流场回流区直径、射流扩展角的影响规律。实验结果表明直流二次风扩口角度对汉场有一定的影响,而对浓度场影响较小。所得结论对工程应用有一定的参考价值。     

一次风扩口角对旋流燃烧器影响的数值模拟

为了改进燃烧器设计，提出了一次风扩口角度改变对同轴旋流燃烧器影响的数值模拟方法.该方法采用重整化群 RNG κ-ε双方程湍流模型，针对燃烧器出口区域冷态流场进行数值模拟，通过比较旋流燃烧器不同一次风扩口角度情况下，回流区尺寸的变化和流场分布规律.结果表明，旋转射流轴向速度受一次风扩口角变化影响不大，其切向速度在旋流外围服从拟等势旋涡规律和在旋流中心服从刚体旋转规律；随一次风扩口角度的增大，回流区径向尺寸绝对增大，轴向尺寸先增加后减小；一次风扩口角度的增大，引起径向压力梯度的增大，从而形成了多次回流区域的存在.     

水煤浆火炬燃烧调风器试验研究

本文介绍了一种已成功地用于水煤浆燃烧的新型调风器,这种调风器可调参数较多,因而调节灵活方便。通过冷态空气动力场回流区的测量和对冷态雾化炬的定性观察确定的一次风稳焰器叶片出口角、稳焰器扩口角和扩口高、二次风切向叶片出口角、(石旋)口角等,能适用于不同工况下的煤浆燃烧,着火稳定,无脱火现象,燃烧效率最高达98％。试验表明,较大的稳焰器叶片出口角(即较大的一次风旋流强度)能产生较大的中心回流区,为煤浆着火提供热源;稳焰器增加合适的扩口(扩口角20°,扩口高30mm)有推迟一、二次风混合和增强气流稳定性的作用,但扩口角过大时会在扩口背面产生一个环状回流区把大量浆滴带回到扩口上甚至进入二次风箱;二次风旋流强度不宜过大,以免大量浆滴被甩到炉壁上而结焦。该调风器与低压旋流型喷咀相配合,能获得足够的高温烟气回流以加速煤浆着火,而且气流有较强的后期扰动以强化煤浆的燃烬。     

燃烧器内轴对称涡旋湍流流动的数学模拟

采用κ-ε双方程模型模拟了冷态燃气在轴对称渐扩燃烧器内的流动状态；分析了不同旋流强度对速度分布、回流区形状大小的影响以及旋流强度与出口速度之间的相互关系，给出了有旋流和无旋流下燃烧器内的流场分布，并讨论了旋流强度对稳定火焰和燃气混合的影响；给出了燃烧器出口速度随旋流强度的变化趋势。     

二次风风量对旋流燃烧器气固流动特性的影响

为了研究低NOx旋流燃烧器出口流场特性以及其与水冷壁高温腐蚀的相关性,使用三维颗粒动态分析仪（PDA）测量了不同二次风风量下的低NOx旋流燃烧器出口附近的轴向、径向、切向以及湍动速度分布、回流区的形状、颗粒浓度分布以及颗粒粒径分布.结果表明：在该燃烧器出口附近有一个环形回流区,回流区的大小以及位于二次风区域的径向速度和切向速度都随着二次风风量的增大而增大;颗粒浓度呈现内浓外淡的分布,随着二次风风量的减小,这种趋势更加明显;位于中心区域的粒径略小于外围颗粒直径,二次风风量对其影响较小;颗粒的集中分布容易导致煤粉不易燃尽.气流携带煤粉可能冲刷水冷壁,造成高温腐蚀.因颗粒直径为内小外大的分布,这使得较大的颗粒容易穿过回流区到达壁面造成水冷壁沉积腐蚀.     

不同燃烧器高宽比下炉内空气动力特性的试验研究

本文应用相似模化理论对烟煤型燃烧器进行炉内冷态试验研究.通过对一次风射流的偏转,炉内气流的旋转强度、充满程度,燃烧器射流两侧的补气条件,炉膛出口的速度分布等特性随着燃烧器高宽比H/B的变化规律的研究,提出了较为理想的大型电站锅炉烟煤型燃烧器高宽比的范围,为指导电站锅炉燃烧器的设计和改造提供理论参考。     

独头巷道受限贴附射流不同射口形状流场特征数值模拟

为了研究不同射口形状对独头巷道压入式通风流场特征的影响,根据矿山实际情况,在建立了独头巷道受限贴附射流流场数学模型的基础上,采用计算流体力学软件Fluent模拟分析了渐变收缩型射口、渐变扩张型射口和普通射口射流流场的特征分布,结果表明:渐变收缩型射流出口轴线流速与普通风筒相比得到了较大的提高,风流紊动强度最高;渐变扩张型射流出口轴线速度最低,风流紊动强度最低;独头巷道压入式通风受限贴附射流的流场区域可分为贴附射流区、冲击射流贴附区和回流区,渐变收缩型射口各流场区域的风流流速最大;射流风流与壁面贴附后逐步形成圆形镜像体,渐变扩张型射口镜像体面积最大;渐变收缩型射口射流速度和回流速度虽最大,但射流面积最小.     

无油点火燃烧器着火距离的影响因素

为了缓解石油供需矛盾，节约能源，提高电厂的经济效益，发明了基于电磁感应原理的无油点火燃烧器，在3.5 MW的试验用W型锅炉上，进行了着火距离影响因素的试验研究.在保持相同的风速与壁温的条件下, 试验通过对燃烧器内轴向温度场的测量，以及出口燃烧产物的取样分析，研究了对电磁感应无油点火燃烧器的不同点火器结构以及煤种、煤粉气流质量分数等因素对着火距离的影响.实验结果表明，着火距离随着点火管内径的增大而增大， 随煤粉挥发分的增大而急剧减小，点火能随着管径的增大而减小，并存在一个最佳的旋流强度和煤粉质量分数，使煤粉气流的着火距离最短.     

旋流煤粉燃烧器强化分级特性的试验研究

就一种新型结构－楔型扩嘴进行了模化试验。以降低径向浓缩旋流煤粉燃烧器ＮＯｘ排放,提高其低负荷稳燃能力。分析了该楔型扩嘴对旋转复合射流空气动力特性的影响,为旋流煤粉燃烧器的燃烧运行调整和设计改造提供理论依据。     

内外风量比对回转窑内烟气流场及其温度分布影响的研究

通过研究内外风量比对回转窑内火焰形状、烟气流场及其温度分布的影响,为优化燃烧器的操作参数提供依据.以一四风道煤粉燃烧器及Φ4m×60m的回转窑为对象,应用Fluent软件,建立了k-ε湍流模型,煤粉燃烧模型和辐射换热模型.研究了以煤粉为燃料,内外风量比分别为0.37、0.47、0.6和0.8时,回转窑内火焰形状、烟气流场及温度分布情况.结果表明,内外风量比为0.47时,回转窑内火焰形状成良好的棒槌状,火焰高温区达到2 000K,火焰温度分布符合水泥熟料煅烧的要求.计算给出了最佳条件下,沿窑长方向上的O2、CO、CO2的摩尔浓度分数分布,计算分析了喷煤管出口附近的内回流区和窑壁附近的外回流区,表明了在最佳操作参数条件下窑内流场分布和气体浓度场分布的合理性.     

Experimental study and numerical simulation of gas-particle flows with radial bias combustion and centrally fuel rich swirl burners

Numerical simulation is applied to gas-particle flows of the primary and the secondary air ducts and burner region, and of two kinds of swirl burners. The modeling results of Radial Bias Combustion （RBC） burner well agreed with the data from the three-dimensional Phase-Doppler anemometry （PDA） experiment by Li, et al. The modeling test conducted in a 1025 t/h boiler was to study the quality of aerodynamics for a Central Fuel Rich （CFR） burner, and the Internal Recirculation Zone （IRZ） was measured. In addition, gas-particle flows with a CFR burner were investigated by numerical simulation, whose results accorded with the test data fundamentally. By analyzing the distribution of gas velocity and trajectories of particles respectively, it is found that the primary air＇ s rigidity of CFR burner is stronger than that of RBC burner, and the primary air mixes with the secondary air later. Furthermore, high concentration region of pulverized coal exists in the burner＇ s central zone whose atmosphere is reduced, and trajectories of particles in IRZ of CFR burner are longer than that of RBC burner. They are favorable to coal＇ s ignition and the reduction of NOx emission.     

Large eddy simulation of unconfined turbulent swirling flow

Large eddy simulations(LES) were performed to study the non-reacting flow fields of a Cambridge swirl burner. The dynamic Smagorinsky eddy viscosity model is used as the sub-grid scale turbulence model. Comparisons of experimental data show that the LES results are capable of predicting mean and root-mean-square velocity profiles. The LES results show that the annular swirling flow has a minor impact on the formation of the bluff-body recirculation zone. The vortex structures near the shear layers, visualized by the iso-surface of Q-criterion, display ring structures in non-swirling flow and helical structures in swirling flow near the burner exit. Spectral analysis was employed to predict the occurrence of flow oscillations induced by vortex shedding and precessing vortex core(PVC). In order to extract accurately the unsteady large-scale structures in swirling flow, a three-dimensional proper orthogonal decomposition(POD) method was developed to reconstruct turbulent fluctuating velocity fields. POD analysis reveals that flow fields contain co-existing helical and toroidal shaped coherent structures. The helical structure associated with the PVC is the most energetic dynamic flow structure. The latter toroidal structure associated with vortex shedding has lower energy content which indicates that it is a secondary structure.     

电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟

采用数值模拟方法研究了电磁参数（上、下磁极间距和线圈电流强度）对结晶器内流场和钢/渣界面波动行为的影响。结果表明,全幅两段式电磁制动结晶器内上部磁极和下部磁极覆盖区域磁感应强度会相互影响,上部（下部）磁极线圈电流强度的增加,会导致对应的下部磁极（上部磁极）覆盖区域内磁感应强度增加;施加全幅两段式电磁制动可以显著抑制结晶器内钢液流速和稳定弯月面波动;当上、下磁极间距增大时,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度增大,钢/渣界面处湍动能和钢液流速增大;随着上部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度基本不变,钢/渣界面处钢液流速和湍动能减小;随着下部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度略微减小,钢/渣界面处流速和湍动能减小。     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

管壳式换热器流动与传热的三维数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT对一小型管壳式换热器的流动与传热问题进行了三维数值模拟。换热器壳体直径为130mm,12根20mm×1 500mm的换热管正方形排列,折流板为30%缺口的弓形折流板,模拟了3种不同折流板间距的情况。模拟过程采用雷诺应力湍流模型,压力速度耦合选用SIMPLEC格式,压力方程的离散选用Standard格式,其他方程的离散均选用QUICK格式。数值模拟结果表明:减小折流板间距对总体传热系数的增加不太明显,但却显著增加了壳程的流动阻力。最后应用Bell法对3种不同折流板间距的数值模拟结果进行了校核,他们之间的最大误差为6.57%,表明数值模拟结果准确可靠。     

钢筋混凝土岔管锐角区修圆优化的压强分布不均匀性研究

修圆优化是缓解钢筋混凝土岔管锐角区应力集中现象的有效措施之一.针对该措施对岔管水力特性带来的显著影响,作者选取Realizablek-ε模型,结合实际工程进行CFD数值模拟,在对岔管的流态特征与水头损失等进行分析的基础上,针对典型断面及管壁压强分布的不均匀性进行定量研究,给出了典型断面压强分布不均匀性衡量标准.结果表明,分岔处附近管壁压强分布不均匀且左右呈现较明显的不对称性,锐角区修圆半径的增大能略微降低岔管水头损失,正常发电工况下,修圆半径小于约0.5倍最大公切球半径时能小幅改善岔管流态,但继续增大修圆半径会恶化流态并增大近分岔处压强分布的不均匀程度.     

燃烧器分组对炉内空气动力场的影响及数值模拟

提出将大高宽比燃烧器进行上下分组，并采用带有侧二次风的水平逍缩煤粉燃烧器来解决炉壁结渣的问题。对此进行的冷态模化试验研究和数值模拟研究指出；燃烧器分组使炉内气流放置相对直径，壁面附近切向速度与最大切向速度之比，放置动量等明显减小，炉膛内充灌度良好。     

Experimental and numerical study on the flapping motion of submerged turbulent plane jet

A submerged,vertical turbulent plane water jet impinging onto a free surface will be self-excited into a flapping oscillation when the jet velocity,leaving the jet orifice,exceeds a critical value.The flapping phenomenon was verified simultaneously in this paper by laser Doppler velocimeter measurement and numerical analyses with volume of fluid approach coupled with a large eddy simulation turbulent model.The general agreement of mean velocities between numerical predictions and experimental results in self-similar region is good for two cases:Reynolds numbers 2090 and 2970,which correspond to the stable impinging jet and flapping jet.Results show that the flapping jet is a new flow pattern for submerged turbulent plane jets with characteristic flapping frequency,and that the decay of the mean velocity along the jet centerline is considerably faster than that of the stable impinging state.     

底部对数螺线挡板对搅拌釜流场特性影响的数值模拟

采用CFD方法对底部不同结构尺寸对数螺线挡板的搅拌釜内流场特性进行了数值模拟。模拟采用多重参考系方法、滑动网格法和k-ε湍流模型。在100r·min-1转速下,对不同结构尺寸底部挡板流场进行模拟分析。结果表明：增大底部挡板弦长与宽度有利于强化搅拌釜混合效果,缩短混合时间。底部挡板改善了叶轮区以下区域的流动状况,轴向流动与挡板弦长和宽度成正相关,与离心距离成负相关。底部挡板对将剪切速率有一定的提高,增加弦长与宽度有利于剪切水平提高。