带钝体的旋流燃烧器出口气相流场数值模拟

应用重整化群k-ε模型和雷诺应力模型,在弱旋和强旋两种状态下,对带钝体的旋流燃烧器进行了冷态气相数值计算,弱旋流动以重整化群k-ε模型计算结果为参考,强旋流动以雷诺应力模型计算结果为参考,对比了燃烧器出口轴向平均速度和切向平均速度变化.模拟结果可以为燃烧器的设计和运行提供依据.     

钝体形状对旋流燃烧器出口流场影响的数值研究

借助CFD软件,对配置中心钝体的双通道旋流燃烧器出口流场进行了冷态数值模拟,分别获得了锥型、楔型和抛物线型三种钝体后的流场分布、速度分布、中心回流区尺寸和中心回流量大小等结果.经对比分析发现：在其他条件相同的情况下,非流线形的锥型钝体和楔型钝体与接近流线形的抛物线型钝体相比,中心回流区的长度分别增加了24%和17%;中心最大回流量分别增加了18.3%和6.5%.在将抛物线型钝体燃烧器的旋流二次风量加大50%时,其中心回流区长度虽有所增加,但仍不能达到锥型钝体和楔型钝体的相当程度.研究结果表明：非流线型钝体比流线型钝体具有更大的中心回流区尺寸和回流量;钝体形状是影响出口流场特性的关键因素;与楔型钝体和抛物线型钝体相比,锥型钝体具有更好的稳燃效果.图7表1参7     

双通道旋流式燃烧器出口冷态流场的数值模拟

针对带入口旋流器的双通道旋流式燃烧器，提出了一种数值分析模型和处理方法，并对该燃烧器出口冷态流场进行了数值模拟，通过模拟结果与试验数据的对比分析，表明本文建立的模型及处理方法是令人满意的，其为进一步对该型双通道旋流式燃烧器出口冷热态流场进行数值试验研究及性能预测分析奠定了基础。图9参7     

轴向叶片式旋流煤粉燃烧器出口区域两相流场的数值模拟

采用ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型模拟了轴向叶片式旋流煤粉燃烧器出口区域的冷态两相流场,并将计算结果与ＰＤＰＡ的实验结果作了详细的比较。计算和实验结果都表明该燃烧器能产生较大的回流区,但回流区中大部分区域煤粉浓度较低。ｋ－ε－ｋｐ模型预报的两相速度场、湍流度和煤粉浓度场有的在定量上、也有的在定性上合理。因此ｋ－ε－ｋｐ模型可以满足工程上的需求     

煤粉锅炉旋流燃烧器冷态流场数值模拟

旋流煤粉燃烧器因具备形成中心回流区,卷吸高温烟气,促进煤粉着火等显著优势和特点,在电站锅炉中的应用日益广泛.而旋流煤粉燃烧器的流动情况对锅炉的稳定燃烧和安全运行都具有重要影响.通过建立物理模型和数学模型,对旋流燃烧器进行了三维数值计算得到燃烧器中钝体形状、二次风速及外二次风叶片角度等因素对回流区产生的具体影响.计算结果...     

煤掺烧生物质旋流燃烧器流场的数值模拟

为探索适用于煤掺烧生物质的旋流燃烧器结构形式,采用Fluent软件对旋流燃烧器进行了冷态数值模拟,计算结果表明旋流叶片安装角度合适,旋流燃烧器中流出的气体质点既有旋转向前的趋势,又有从切向飞出的趋势,气流初期扰动非常强烈。研究发现改变燃烧室形状对燃烧室内气相速度场、颗粒轨迹以及湍流强度等特性参数都有较大影响,长方体型燃烧室对燃料和氧化剂的混合和燃烧更有利。     

旋流燃烧器数值模拟和优化改造

某电站煤粉锅炉采用旋流燃烧器,在运行中燃烧器出现调节能力差的问题.针对此情况,我们分别按照分析缺陷、虚拟改造以及优化改造3个步骤进行研究,以及对应的3个不同工况进行了数值模拟计算.运用k-ε数学模型,并借助Fluent 6.0对单个旋流燃烧器的一、二次风的流场进行三维数值模拟计算.通过数值模拟我们对旋流燃烧器进行了优化改造,并通过有限的但是精确的现场测试数据对比,很好地验证了本次数值模拟的准确性.     

旋流煤粉燃烧器的气流组织与数值模拟

旋流煤粉燃烧器的气流组织情况对锅炉的稳定燃烧与安全运行都具有重要的影响,以CFD数值软件作为计算平台,通过建立物理和数学模型,针对某电厂采用的中心给粉型旋流煤粉燃烧器进行了数值模拟研究,通过调整一次、二次风速大小,得到不同运行工况下的速度流场和速度矢量分布,经分析各计算结果,得出各参量对流场的影响规律.     

旋流燃烧室内等温流场特性的研究

采用三维轴对称RNG k ε湍流模型模拟了微型燃气轮机旋流燃烧室内的等温流场,用粒子测速仪(PIV)测量了旋流燃烧室内不同截面位置的速度矢量分布。对数值模拟结果与实验数据进行了比较分析,研究结果表明:旋流空气在燃烧室头部形成回流区,PIV实验测量的中心回流区范围小于计算结果,燃烧室中心轴的速度小于周围区域的速度,旋流燃烧室内的环向速度衰减较慢,燃烧室内充满旋流。在实验过程中,发现垂直于轴向的横截面PIV测量结果优于轴向截面的PIV测量结果;适当地增加光面厚度,有利于捕捉到更多的粒子,提高测量精度。图6参7。     

低NO_x旋流燃烧器的数值模拟

HT-NR3型低氮旋流燃烧器在我国大型电站锅炉中应用较多,但很多采用HT-NR3型燃烧器的锅炉侧墙水冷壁经常发生严重的高温腐蚀问题。文中通过数值模拟的方法研究了该旋流燃烧器的火焰和污染物排放特点,分析了燃烧器外二次风叶片角度对NOx的排放和水冷壁腐蚀之间的关系。模拟结果表明:燃烧器炉膛出口处焦炭颗粒的浓度、回流区的尺寸在叶片角度为45°时分别达到最小和最大。在叶片角度为45°时煤粉颗粒燃尽情况较好,因而在不考虑灰分的情况下,能够减少颗粒物对水冷壁的冲刷。炉膛出口处的NO浓度的统计显示,45°叶片时较其他两个工况的NO浓度稍高。     

不同湍流模型对强旋流动的数值模拟

在径向浓淡旋流煤粉燃烧器单相冷态试验的基础上，充分考虑旋转对湍流流场的影响，有用k-ε双方程及其修正模型和二阶矩雷诺应力模型（DSM），对流旋煤粉燃烧器出口强旋流场进行了数值模拟。数值计算结果表明：k-ε双方程模型定性上可以预报出强旋流场的主要特点，但回流区的预报区域偏大，轴向速度的预报结果与试验值有一定差距，预报的回流速度偏低，速度衰减过快，这是由于k-ε湍流模型采用了较多的简化和未考虑旋转对湍流的影响。采用基于旋转体系使湍流脉动加强和削弱两种作用的修正方法对k-ε双方程的湍流耗散率方程进行修正。计算结果表明：从旋转体系可使湍流能量加强出发的Bardina涡量修正方法，预报回流区范围较标准k-ε湍流模型缩小，更加接近于试验值。其计算结果优于使湍流 脉动削弱的Richardson修正。DSM模型对轴向回流速度和切向速度后期分布预报结果较上述模型有较大改善，可体现出湍流雷诺应力非均匀各向异性的特点，虽然此模型仍有收敛速度慢、计算时间长的缺点，但对预报强旋流动是一个精度较高、极具潜力的方法 。图9参11     

燃料中心进入的旋流燃烧数值模拟

采用统一二阶矩(USM)旋流燃烧模型对旋流数为0.5的美国Sandia国家实验室甲烷-空气旋流火焰进行了数值模拟.预报的轴向、切向时均速度、脉动速度均方根值、温度以及CO2和H2O浓度分布都和实验值吻合,验证了统一二阶矩模型的可靠性.从测量值和预报值可以看出,火焰几乎就位于回流区内,燃烧过程进行得很快,回流区的存在强化了燃烧.     

旋流燃烧器的稳燃性能分析

针对旋流燃烧器燃烧低挥发份煤的稳燃问题,介绍了扩口、扩锥、浓淡燃烧、齿环稳燃器等国内外的稳燃措施,采用数值方法模拟了旋流燃烧器一次风流场,详细分析了旋流燃烧器的流场特性。分析得出,扩口、扩锥、浓淡燃烧等稳燃措施没有考虑煤粉气流进入炉膛与高温烟气的迅速混合问题。在这些稳燃措施的流场中,煤粉气流进入炉膛,除脉动外,首先沿回流区外缘流动,向外扩张,而不是迅速与热烟气混合,因此,对于低挥发份煤不能起到良好的稳燃作用。提出了解决旋流燃烧稳燃问题的新的研究方向,拓展了稳燃理论,介绍了花瓣形稳燃器,为旋流燃烧稳燃技术的发展提供了新思路。图8参9     

一种离心力修正的湍流模型及其在数值模拟中的应用

通过分析强旋流场中离心力的作用，提出了考虑湍流脉动中离心力作功的湍流模型(k-ε-cf模型)。模型的特征参数根据大涡参数和小涡参数的几何平均得到，其中旋涡的频率与热线测量实验结果一致。运用k-ε-cf模型对一同轴旋转分层流燃烧器空气动力场进行了数值模拟，计算结果与实验数据吻合良好，比标准k-ε模型结果有较大改进。图4参4     

旋流燃烧锅炉炉内温度场优化的数值研究

采用数值模拟方法对2台600 MW机组旋流燃烧锅炉炉内的空气动力场和温度场进行了分析研究.结果表明:采用旋流燃烧器可改善沿炉膛宽度方向的热偏差状况;运行中增加燃尽风量、减弱二次风旋流强度会导致炉膛出口烟温升高;通过合理组织燃烧器旋向,可使炉膛出口温度场分布更趋于均匀.     

带中心钝体旋流燃烧器的数值模拟

借助FLUENT软件平台,对旋流燃烧器出口的流场进行了三维数值模拟,得出了燃烧器出口的流线、回流区、湍流动能分布.此外,分析了中心钝体形状及旋流二次风速对回流区大小的影响.模拟结果为工业运行、设计和改造提供了参考.     

等离子燃烧器燃烧特性的数值模拟

结合煤粉锅炉等离子燃烧器的结构特点,用数值仿真软件Fluent对套筒式等离子燃烧器的内燃特性进行了二维流动数值模拟,计算了一次风从燃烧器的等离子点火区到炉膛内的燃烧特性,并与实验和工程应用结果进行了比较。模拟结果表明:在等离子燃烧器喷口形成了“粉包火”的着火工况,降低了燃烧器喷口温度,改善了燃烧器的工作环境。该燃烧模拟结果与等离子燃烧器在某600MW机组现场应用以及在等离子热态试验台点火试验的结果基本吻合。图6表2参3     

采用不同湍流模型及差分格式对四角切向燃烧煤粉锅炉内冷态流场的数值模拟

采用商业软件FLUENT所提供的不同湍流模型;K－ε模型、RNG K－ε模型、带旋流修正的RNG K－ε模型、Realizable K－ε模型、雷诺应力模型,对四角切向燃烧煤粉锅炉内冷态气相流动进行了数值模拟。为减小数值伪扩散对强旋流动的影响,本文采用了减小网格尺寸和提高差分模式精度等措施。通过与实验结果的对比分析,客观评价了这些模型与方法对该流动模拟效果的影响,为理论分析强旋湍流流动和对四角切向燃烧煤粉锅炉内流体流动的工程设计提供了参考依据。