亚临界煤粉锅炉流体流动和燃烧的数值模拟

以一300MW Hg1025/18.2-YM13型亚临界自然循环、四角切圆燃煤锅炉为研究对象,应用可实现化k-ε湍流模型、颗粒相随机轨道模型、即混即燃气相燃烧模型、P-1辐射换热模型,根据燃烧测试试验得到的边界条件,运用FLUENT软件对锅炉炉内流体流动和燃烧过程进行了三维数值研究。模拟预测结果与试验结果吻合较好,温度分布规律和趋势与试验研究结果一致。运用该模型对炉内速度场、压力场、温度场以及燃烧释热场进行了多场耦合仿真,并全面系统地研究了各种操作参数对炉内燃烧工况的定量影响规律,确定了燃烧器和锅炉合理的操作参数:过剩空气系数为1.2、一次风率为20%、一次风温度为608K、二次风温度为620K且均匀投粉。在该条件下炉内温度分布较合理,煤粉能正常稳定地燃烧,炉膛高温区较集中,炉膛出口温度合理。     

不同烧嘴布置方式下高温空气燃烧过程的三维数值模拟

以FLUENT软件为计算工具,采用k-ε湍流双方程模型、PDF燃烧模型和离散坐标辐射传热模型,以模型炉为对象对低热值煤气在空气-煤气双预热情况下的高温空气燃烧过程进行了数值模拟.分别对平行、交错和逆向3种不同烧嘴布置方式进行了高温空气燃烧湍流流动的稳态模拟,得到了流场、温度场.分析结果表明,与平行和逆向布置相比,烧嘴交错布置时,高温空气燃烧的湍流流动可产生大面积的回流区,有利于流场的合理组织和低氧条件的有效形成.     

多孔介质内预混合燃烧的二维数值模拟

为了研究预混气在多孔介质内过滤燃烧特性,根据多孔介质燃烧理论,建立了甲烷/空气预混气在堆积床内燃烧的二维双温模型。给出了当量比、入口速度和小球直径等参数对温度分布的影响,分析了燃烧器内氧化铝小球的蓄热特性。结果表明:火焰面的前缘呈抛物线形状,燃烧波波速在0.1 mm/s数量级;随着当量比增加,波速度减小,燃烧区域范围扩大;随着入口流速增大,燃烧最高温度升高,火焰面宽度变窄,燃烧波波速增大;随着氧化铝小球直径增大,火焰面厚度变窄,燃烧波速度增大;氧化铝小球在过滤燃烧中体现出良好的蓄热能力。     

低温地板辐射供暖条件下室内热环境的数值模拟

选用经典的κ-ε两方程模型，通过数值计算软件PHOENICS，模拟了低温地板辐射供暖房间空气温度场和速度场的分布情况。计算结果表明：室内气流温度场、速度场的分布受壁面温度的影响极大。     

多孔介质微燃烧器预混燃烧的数值研究

开发了带有回热夹层的多孔介质微燃烧嚣,对其预混燃烧性能进行了数值模拟,研究了燃烧功率和过量空气系数对微燃烧器的出口尾气温度、燃烧效率、壁面温度和热损失率的影响.结果表明:在较宽的燃烧范围内,微燃烧器具有较高的燃烧效率和较低的热损失率,而且随着燃烧热功率和过量空气系数的增大,微燃烧器的外壁面温度和热损失率反而减小;多孔介质微燃烧器的最佳燃烧功率为200 w,最佳的过量空气系数范围为2.5相似文献   

基于Level set的小火焰模型在湍流预混燃烧中的应用

较详细地分析了基于Level set方法的小火焰模型应用于湍流预混燃烧的原理及特点.并且以矩形突扩燃烧室中甲烷/空气湍流预混燃烧为例,应用数值模拟方法计算其组分浓度和温度在火焰内部的分布.计算结果与实验结果吻合良好,这表明此模型能较好地模拟湍流预混燃烧.     

多孔介质内低热值气体燃烧及传热数值模拟

以一个简化的氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器为模拟对象,使用计算流体力学(CFD)方法对低热值气体燃烧进行模拟研究.考虑气体的湍流扩散和气固间的对流换热及固体间的辐射和导热换热,通过研究多孔介质内的压力分布、速度分布、温度分布及组分分布,对多孔介质内的总的热流密度及辐射热流密度进行对比分析,揭示燃烧器内不同轴向位置的燃烧及换热规律.结果表明,低热值气体在氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器内燃烧时火焰面前沿气固温差大于火焰面后气固温差.火焰面前沿固体温度高于气体温度,热量由固体传向气体,对流换热强度较大;火焰面后沿气体温度高于固体温度,热量由气体传向固体,对流换热强度较小.     

渐变型多孔介质中预混燃烧试验研究

提出了渐变型多孔介质（GVPM）中燃烧的设想，使多孔介质中流动及传热特性与燃烧规律相匹配，实现高效燃烧和低污染物排放的结合。对天然气在渐变孔径的多孔介质中预混燃烧进行了试验，得出了燃烧室温度分布和污染物排放结果，并与两种单孔径的均匀型多孔介质（HPM）中燃烧结果进行了对比。试验结果表明，渐变孔径的多孔介质燃烧器可以使燃烧室温度分布更加均匀，燃烧更加稳定，对于当量比的变化有更大的调节范围，CO和NOx等污染物排放更低。渐变型多孔介质结合了不同孔径的均匀型多孔介质的流动及传热特性，对燃烧室上下游热量分布进行合理调配，使得最高燃烧温度有所降低；由于孔径的变化，使火焰的稳定性增强。     

自由堆积多孔介质内超绝热燃烧的试验研究

为探索多孔介质内超绝热燃烧的特性,搭建了自由堆积多孔介质超绝热燃烧试验台架,测量了不同化学当量比（0.4～0.7）的甲烷/空气预混气体的超绝热燃烧特性.自由堆积多孔介质由直径为3和6 mm的Al2O3小球在陶瓷管（Φ38 mm×500 mm)中堆积而成,孔隙率为0.42.试验结果表明,在多孔介质中只有当燃烧波正向传播时才可能产生超绝热燃烧.在贫燃条件下超绝热燃烧的上限化学当量比为0.7,下限化学当量比为0.4;当化学当量比小于0.4或大于0.7时,在贫燃条件下的超绝热燃烧将不能实现.多孔介质中预混燃烧的火焰锋面速度约为7.82 μm/s,最大燃烧锋面温度超过绝热燃烧温度139 K.     

氧浓度、压力对甲烷/空气层流扩散燃烧特性影响的数值模拟研究

天然气作为一种清洁能源,其主要成分甲烷占95％以上,这基本决定了天然气的燃烧性质.文中采用FLUENT软件中的Non-Premixed燃烧,结合二维轴对称物理模型、Standard k-epsilon模型、Discrete Ordinates(DO)辐射模型和NOX生成模型,对甲烷在不同氧浓度和不同压力下燃烧的火焰形态、火焰温度和NOX生成特性进行了研究.结果表明,氧气浓度的升高对燃烧温度、火焰高度和NOX排放影响很大,有促进甲烷燃烧的作用,具体表现为燃烧温度大幅上升,火焰高度则大幅下降,NOX排放量也会随着氧浓度的升高而急剧上升;压力的提升会使温度在一定范围内上升(P<10 atm),总体趋势为下降,NOX先增大后减小,在20 atm左右达到最大值.     

多孔介质预混燃烧气固温度分布特性试验研究

为研究多孔介质燃烧、传热和生成物特性，采用非接触式红外测温仪对多孔介质预混燃烧室中气、固两相温度分布进行了试验研究.结果表明预混气体在多孔介质中燃烧时，气相和固相的温度是不同的，存在－60～+100 K的温差.试验得到了不同当量比、热流密度和孔径下的燃烧室气、固温度分布.在火焰前缘，固体骨架的温度高于多孔介质内气体的温度，对气体有预热作用；在火焰后缘，气体温度高于固体骨架温度，对固体骨架有蓄热作用.当量比降低，气、固温差波动变小；当量比不变，热流密度增大，气、固温度差值在轴向长度方向变化小.     

孔隙率对Al2O3高孔隙率多孔介质EHC的影响

新型多孔介质燃烧技术主要采用泡沫陶瓷 ( Ceramic Foams)、波纹状陶瓷 ( Fabric LamellaStructure)等高孔隙率多孔介质。基于气、固相局部热平衡假设的有效导热系数 EHC( EffectiveHeat Conductivity)描述了气流与固体骨架中导热、弥散和热辐射多种传热方式的综合效果 ,是一个重要的传热特性 ,对其研究非常不足。通过实验与数值模拟确定不同孔隙率 Al2 O3 陶瓷的 EHC:基于测定的温度分布 ,给定 EHC的初值 ,采用有限体积法进行流场数值模拟 ;比较测量与计算的温度均方根差 ,通过对 EHC搜索寻优 ,间接确定泡沫陶瓷的有效导热系数。结果表明 Al2 O3 陶瓷的EHC随温度增加而增加 ,对速度不敏感 ;孔隙率高的陶瓷其 EHC较大。给出试样 EHC与温度和空管速度的拟合式 ;将颗粒床 EHC的 Z&B模型外推到 Al2 O3 高孔隙率陶瓷 ,并给出 EHC预示结果     

往复式多孔介质燃烧器温度分布的试验研究

研究了往复式多孔介质燃烧器在热态试验条件下的温度分布，分析了当量比、空截面流速、
切换半周期对多孔介质中温度分布的影响，以及切换半周期对燃烧器出口温度的影响。随着系统周期性地
运行，多孔介质中的温度呈动态周期性变化。在当量比为0.3～1.4时，随着当量比的增大，多孔介质中的
温度先上升后下降。在切换周期和当量比一定时，随着空截面流速的增大，多孔介质中的温度随之升高；
在当量比和燃气质量流量保持不变时，随着切换半周期的增大，多孔介质中的温度先升高后降低，最后基
本保持不变，而燃烧器出口温度随切换半周期的增大而升高。与单个多孔介质燃烧相比，往复式多孔介质
中的温度整体分布较均匀。     

Study of the mechanisms of the flame propagation and stabilization in porous media

The CH4/air premixed gas combustion processes in porous media were numerically studied using the two-temperature reacting fluid model with dispersions and detailed chemical reaction mechanism GRI 3.0. The mechanisms of the propagation and stabilization of submerge flames and surface flames in porous media were illuminated distinctly by considering the magnitude of the terms in the two energy equations, analyzing the sensibility of flame propagation speed to flame location, heat exchange coefficient between gas and solid, thermal conductivity and radiative extinction coefficient of porous media. It was concluded that the propagation mechanism of a submerged flame is similar to that of a free flame with an additional preheat zone and that the surface-flame propagation mechanism in porous media is similar to that of a free flame with heat loss in reaction zone. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50376060)     

溃坝水流三维湍流的试验与数值分析

采用假定溃口形状,选取临界漫顶及坝体完全淹没2组不同流量,进行定床物理模型试验,测量了溃口内部水流的垂线流速分布.采用CFD软件FLUENT对2组三维溃坝水流进行全流场湍流数值模拟,其结果与试验值吻合较好,同时较为精细地捕捉到了坝前水位稳定后溃坝水流三维流场、湍动能和壁面剪切应力.结果表明:高强度壁面剪切应力可能为坝体侵蚀主要因素,在坝顶及溃口与坝面的连接处壁面剪切应力及湍动能出现极大值,强湍动能将使得侵蚀的泥沙迅速扩散到水体当中,随着水流的运动向下游输移.三维流动的存在,使得泥沙向下游输运的过程中先向溃口内部集中,到达下游河道后再逐渐扩散到整个河道中.小流量情况下,这一趋势不太明显,随着漫顶流量的增大这一趋势明显增强.以上水力条件可能为溃口迅速展宽、降低的主要因素.     

660MW超超临界锅炉高温腐蚀数值模拟

高温腐蚀是电站锅炉爆管的主要原因之一。借助计算流体力学软件Fluent,应用Eu-lerian/Lagrangian方法对一台660MW超超临界墙式布置切圆燃烧锅炉进行数值模拟,着重研究了锅炉炉内流动、传热、燃烧情况。结果表明：炉内切圆形成完整,炉内充满度较好,水冷壁周围一氧化碳浓度很高,易引起高温腐蚀。此结论与试验结果相符,证明了模拟的可靠性。     

空/煤气入口布置对顶燃式热风炉内温度场和速度场影响的数值模拟

建立顶燃式热风炉内的三维、稳态传热和流动数学模型,求得了炉内温度场和速度场;在此基础上,探讨了不同空/煤气入口布置对炉内温度场和速度场的影响.研究结果表明:煤气入口单一布置时,炉内流体的温度场及速度场的分布均极不均匀,且偏向煤气入口侧炉壁;空/煤气入口间隔布置时,炉内流体的温度场及速度场分布均较为均匀,这种布置方式有利...