大加速度场中层流扩散火焰流场的数值计算

通过对大加速度场中层流燃烧室流场的数值计算,建立了大加速度场中二维层流燃烧的数学模型,对控制方程组进行离散,采用SIMPLE算法和交错网格设计并调试程序。在调试成功的程序上对甲烷和空气在大加速度场中的扩散燃烧过程进行了数值模拟。计算结果表明,沿燃烧室轴线方向的均匀大加速度场会对扩散火焰的速度场和温度场等产生明显影响。一方面使得燃料与空气的扩散混合过程得到强化,扩散火焰的形状变短变粗,火焰面温度升高．因而能够提高其燃烧速度;另一方面,由于浮力作用驱动高温气流的流动方向与燃料射流的方向相反,将形成一种不稳定的流场结构,并同时诱发燃烧过程的不稳定。     

三维贴体坐标系下燃烧室中两相反应流的数值模拟

本文提供了现代航空发动机主燃烧室中三维两相燃烧流场的数值计算方法。气相场在欧拉坐标中用ＳＬＭＰＬＥ算法求解；液相场在拉格朗勒坐标系中用ＰＳＩＣ算法求解。本数值计算程序采用ｋ－ε双方程湍流模型，旋涡破裂湍流燃烧模型，六通量热辐射模型，采用了三维非正交曲线坐标系，压力交错网格。     

高温空气燃烧器换向过程非稳态流场和温度场的仿真分析

采用FLUENT软件和燃烧模型,对烧嘴交错布置的高温空气燃烧器换向后的非稳态过程进行了数值研究,换向后炉内的流场、温度场变化的计算结果表明,在换向后的前3S内燃烧炉的流场和温度场变化很大,但是经过3s的变化后,燃烧逐步稳定,最后重新形成稳定的燃烧,直至下一个换向前保持稳定燃烧。     

非下交曲线坐标系数值模拟加力燃烧室湍流两相流燃烧

采用双流体模型对航空发动机加力燃烧室的湍流两相流燃烧过程进行了数值模拟,数值计算方法为非正交曲线坐标下非交错网络的SIMPLE方法,差分网络分区方法生成,计算时对整个流场进行分区迭代直至得到收敛结果。气相化学反应速率用涡旋破碎模型（EBU）,充分考虑两相之间的质量、动量和能量的相互作用,数值模拟结果合理。     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

运用计算流体力学的方法,采用多孔介质模型对凝汽器水侧流场进行了数值模拟.从计算所得三维流场可清楚地掌握影响凝汽器工作的重要因素：该凝汽器进口水室漩涡的存在使流动阻力增加,流动恶化;高速流体集中于水室中心区域,会影响换热器的换热性能.其整体阻力特性与试验数据吻合较好,表明该模型和计算方法正确.解决了凝汽器水侧数值计算建模的困难和网格数量问题,为动力装置冷却水系统整体的数值模拟提供基础.图6参5     

Youngs-VOF方法模拟溃坝水流演进

针对追踪溃坝洪水自由面变化一直为计算流体力学的难点问题,采用Youngs-VOF方法追踪流体流场自由面、交错网格离散求解区域、人工压缩方法求解粘性不可压缩流体控制方程,并通过数值计算模拟了溃坝洪水瞬变现象.结果表明,Youngs-VOF方法追踪运动交界面与MARTIN的试验结果吻合,且略优于Hirt-VOF法,为溃坝洪水的模拟提供了新途径.     

四角切向燃烧锅炉炉内流动过程数值模拟

本文介绍四角切向燃烧锅炉炉内流动过程的数值模拟方法,三维湍流气相流场通用计算方法、计算对象的进、出口边界条件、固体壁面条件及近壁面处理技巧.利用所开发的炉内三维湍流气相流场数值计算程序,对焦作电厂3号炉进行实例计算.计算结果较准确地预测了炉内实际流动情况.     

垃圾填埋气焚烧火炬的数值模拟

采用数值模拟方法研究了填埋气焚烧火炬内部的流动燃烧情况.通过对不同形状流道的计算,对不同燃料喷嘴在不同工况下的燃烧提供了满足设计要求的流场,计算结果和试验数据吻合较好.采用的计算方案适用于研究变负荷、变组分的低热值气体燃烧装置,可为此类装置的工程设计提供依据.     

燃烧系统结构对中载汽油机爆震边界内燃烧的影响

针对中载汽油机,设计开发了4种进气道和燃烧室的匹配方案,通过数值模拟的方法研究了不同燃烧系统结构对缸内宏观流场、湍流场及爆震边界内燃烧的影响。结果表明:进气道和燃烧室结构对缸内宏观流场及湍流场演化有显著影响。初期火焰传播速度主要由火花塞周围气流的平均速度决定,而主燃烧阶段的燃烧速度与该区域的湍动能大小成正比。双切向进气道匹配中置倒楔形燃烧室能够同时提高湍流强度及气流速度,从而有效缩短滞燃期及燃烧持续期,但其爆震倾向严重。采用复合进气道匹配中置倒楔形燃烧室的方案可显著抑制爆震,提前点火时刻,燃烧速度较快,可明显降低燃烧损失,提升中载汽油机的性能。     

格子Boltzmann方法模拟层流对冲预混火焰

运用格子Boltzmann方法对气体燃烧进行了模拟,其中包括了对流、扩散和反应等过程．在模拟中假设化学反应对流场没有影响,因而流场、温度场和组分场没有相互耦合,可以分别用LB方程进行求解．选择层流对冲火焰作为对燃烧的基础计算模拟．该模型的几何特征是有两个相对的相同燃烧喷口喷出燃料与空气的混合气体,而形成稳定的流场．计算结果与传统的Navier—Stokes方法计算得到的结果进行了对比,结果能够较好地吻合,说明格子Boltzmann方法可以对燃烧进行模拟．     

反切配风对大容量锅炉炉内流场特性影响的研究

通过实验测量和数值模拟研究了大容量锅炉的炉内流场特性。实验测量和数值模拟的结果完全吻合,并得出如下结论：大容量锅炉的炉膛出口存在由残余旋转引起的速度偏差;大容量锅炉的燃烧器区域的实际切圆有贴壁倾向;二次风反切的配风方式可有效降低炉内旋转动量流率矩的水平,并明显削弱了炉膛出口的残余旋转。     

大型电站锅炉炉内温度场的数值试验研究

运用计算机辅助优化数值试验方法对大型电站锅炉内温度场的特性进行了基础性研究,通过对炉内介质辐射传热的三维数值模拟,得出锅炉炉内温度场分布的相应规律。多数数值试验的计算结果和实际的现场测试结果吻合较好。     

切圆燃烧反切风风量与位置对炉内流场的影响

本文采用数值分析技术对大容量切圆燃烧锅炉改变燃烧器二次风反切风量以及反切风位置时的炉内流场特性进行了全三维模拟和研究，研究结果表明在燃烧器上部二次风采用反切布置的情况下．无量纲数XJ在1左右时炉膛出口残余旋转较小，炉内气流湍动混合较好，炉内气流运动稳定；研究亦表明反切风位置对炉内流场影响较大。同时，对7个电厂13台大型锅炉进行了改造效果统计，验证了数值分析的结论。     

W型火焰煤粉锅炉炉内冷态流场的试验研究及数值模拟

本文对Ｗ型火焰煤粉锅炉炉内冷态流场进行了模化试验研究，并对炉内流场进行数值模拟。对流场初值采用一维流的处理方法，避免了人工为全场赋合理初值的麻烦，提高了程序的通用性。比较了几种不同的差分格式，计算与试验结果吻合较好。     

220t_h锅炉再燃改造的数值模拟

为了对锅炉进行再燃改造,借助Fluent 6.3软件平台,采用数值模拟的方法,对某电厂一台220 t/h四角切圆燃烧锅炉再燃改造前后炉内的气流场、温度场和污染物排放特性进行了分析,并对再燃区过量空气系数对再燃改造效果的影响进行了探讨。湍流模型分别采用了realizable k-εmod-el和大涡模型(LES),并对模拟结果进行了比较;LES模拟和结果与现场的实验数据进行了对比验证,包括温度场、组分场和NOx,LES数值模拟结果与实验结果吻合比较好。计算结果表明:使用再燃改造后炉膛温度分布更加均匀;再燃喷口附近形成了还原性气氛,降低了NOx浓度;当再燃区过量空气系数为0.90时,再燃效果最佳,此时炉膛出口处NOx浓度下降33.87%;LES模拟结果较realizable k-εmodel准确。     

循环流化床锅炉低氮燃烧的CPFD数值模拟

针对某75 t/h循环流化床锅炉炉膛出口NOx排放超标问题进行分析探讨,以合理的低氮燃烧控制技术为主,辅以SNCR烟气脱硝技术,争取达到NO x超净排放要求。采用CPFD计算方法对循环流化床锅炉炉膛内的气固流动和燃烧特性进行数值模拟,运用低过量空气燃烧法和空气分级技术对锅炉进行低氮燃烧控制,研究一、二次风配比、二次风射流、过量空气系数、循环倍率和颗粒粒径等因素对炉内燃烧及NO x排放的影响。结果表明:通过低氮燃烧控制后,炉内速度场和温度场分布均匀,炉膛出口处烟气流速增加,炉膛平均烟温和出口氧浓度降低,还原性气体CO浓度和优化前基本相同,炉膛出口NOx浓度降低,减排效果显著,为以后的锅炉运行提供实际指导经验。     

某200MW四角切圆锅炉燃烧器改造降低NO_x数值模拟

针对国内某电厂200MW四角切圆锅炉NOx排放量较高,结渣严重的问题,利用CFD软件平台,采用数值模拟方法对其改造前后炉内燃烧过程进行研究。计算结果表明:由于附壁射流的作用,使得高温区集中在炉膛中部,有效地防止了锅炉结渣;改造后炉内有比常规燃烧方式锅炉更大的还原气氛区域,抑制了NOx的产生,使其排放降低34.6%。改造后的计算结果与试验相符的较好,所以此次数值模拟为锅炉设计、改造和运行提供理论依据。     

大型锅炉长期动态特性研究中的烟气计算模型

为了简便、准确、快速地解决大空量锅炉汽轮机组长期动态特性研究中的烟气放热计算问题,本文针对现有仿真用烟气放热模型的主要不足,由大容量锅炉热力计算的杜卜斯基－卜劳赫公式推导出新的仿真与动态特性分析用炉膛烟气放热模型;并通过简要的分析、简化和推导,得出了动态过程中各种锅炉换热面烟气出口温度和放热量计算方法,这些烟气计算模型能够较为准确、简单地反映动态过程中高温烟气在大容量锅炉的炉膛和各烟道换热面的烟温及放热量的变化规律,应用十分方便。最后将本文的烟气计算模型应用于某600MW超临界机组的动态特性仿真,仿真结果合理、正确。     

Experiment and numerical simulation investigations of the combustion and NOx emissions characteristics of an over-fire air system in a 600 MWe boiler

Several numerical simulations are conducted to investigate the influence of pulverized-coal combustion characteristics and NO_x emissions with different configurations of nozzle and arrangements of an over-fire air device for a 600 MWe boiler unit. It is found by a series of comparisons that the numerical simulation results are almost in agreement with the in-situ experimental results, including the flue gas temperature of the burner outlet, the flue gas temperature along the furnace height, the NO_x concentration, and combustible content in the fly ash of the air preheater outlet, which indicates that the numerical model and the grid are reasonable. Numerical simulation results show that setting the over-fire device in which the inner is straight flow and the outer is swirl flow and the staggered arrangement of two layers of over-fire air (OFA) in the boiler are both conducive to the pulverized-coal combustion in the furnace and to the reduction of NO_x emissions. The results also show the values of 241.64?mg/m³ @ 6% O₂ for the lowest NO_x concentration at the furnace outlet. Compared with the boiler without OFA, the NO_x concentration decreased by 60.4%. Using the staggered arrangement of two layers of OFA in the practical 600 MW boiler unit, the gas temperature can reach 1100?K at the height of 100?mm away from the burner outlet, leading to coal particle ignition immediately; moreover, the NO_x emission concentration reduced to 284?mg/m³ @ 6% O₂ and heat loss due to unburned carbon in refuse of the air preheater outlet is 3.17%.     

600 MW偏转二次风系统锅炉炉内结渣特性的数值模拟

偏转二次风系统已广泛应用于大型四角切圆燃烧锅炉，用以报制炉内结渣，防止水冷壁高温腐蚀等。为降低炉膛出口扭转残余，通常采和下部二次风大角度正切、上部二次风和OFA风反切的布置方式。本文对某台采用偏转二次风系统的600MW燃煤四角切圆燃烧锅炉的炉内结渣过程进行模拟，对炉内气固相流动、温度场、气固相燃烧、固相向水冷的输运过程和灰粒在水冷壁上的附生长过程进行了数值模拟，结果表明，偏转二次风系统具有较强的防结渣性能，这一点也被锅炉的实际运行所证实。