合成气燃烧数值模拟与验证

以整体煤气化联合循环(IGCC)系统中的合成气燃烧室为研究对象,针对天然气改烧合成气后非预混火焰的燃烧特性开展数值模拟与实验验证,经与实验数据对比,结果显示大涡模拟能够准确预测燃烧室内的平均流场与温度场、速度脉动分布,对燃烧过程产物OH自由基的预测与实验结果有所偏差,为后续分析工作奠定基础。通过将数值模拟与实验测量相结合,对同一喷嘴结构燃烧室内使用天然气、氢气、一氧化碳以及合成气等不同燃料时的燃烧特性进行了对比分析,结果表明该喷嘴结构适用于合成气燃烧,与天然气火焰相比,合成气火焰在喷嘴出口位置形成的高温区对改善合成气燃烧室的不稳定性具有积极的意义,同时燃烧室壁面的热负荷更高。     

物体燃烧模拟方法的研究

物体燃烧是个极其复杂的过程,物体的种类不同,燃烧时的具体变化也不尽相同.简要介绍火焰和烟雾的生成模拟方法;重点研究近年来木棒、纸张等固体物体燃烧模拟的方法,侧重于物体自身在燃烧过程中的变化特点和真实过程;比较各种方法的优势及其特点;关注未来的研究工作需要重点加以关切的几个方面;介绍今后需要进一步努力和完善的一些工作思路.     

湍流燃烧反应数值模拟的研究与实现

基于开源计算流体力学平台OpenFOAM和化学动力反应模型库Cantera设计出定常可压缩的湍流燃烧反应解算器,使用该解算器对Sydney钝体驻定火焰HM1进行数值模拟,模拟采用煤气和空气的详细反应机理,并根据计算结果得到燃烧流动组分浓度分布图和温度曲线变化图.通过计算结果与实验数据对比分析表明,模拟效果较好的符合燃烧组分变化的研究要求,这说明设计的解算器对定长可压缩燃烧流动问题有很好的计算仿真效果,体现了其可行性.湍流燃烧流动解算器的设计对于燃烧室性能预估有一定的参考价值.     

煤粉射流燃烧及火焰传播的大涡仿真

研究煤粉射流燃烧优化控制问题,针对射流速度及挥发份含量对煤粉射流燃烧特性的影响,以小型炉膛模型为研究对象,采用大涡仿真方法(LES)和雷诺平均方法(RANS)对煤粉射流燃烧进行数值仿真,结果能够更精细地反映浓度及温度分布,且能更准确地预测火焰中心位置和炉内回流情况。然后,采用不同射流速度和挥发份含量下炉内流场分布模型特点进行仿真。仿真结果表明,射流速度过大会使火焰中心靠后,火焰直射对墙,造成较大的碰撞损失,分析发现5m/s为最优射流速度。通过不同挥发份含量煤粉对比,发现高挥发份煤的着火距离明显短于低挥发分煤,且在炉膛上部存在强烈的回流,将炉膛中心的高温气流卷吸到喷口附近,从而加快煤粉气流的升温及着火速度。仿真结果可为煤粉射流燃烧的稳定性和系统优化设计提供理论依据。     

合成气一步法制二甲醚分离工艺流程优化模拟

为获得合成气经浆态床一步合成二甲醚最优的分离流程和工艺参数,运用化工流程模拟软件Aspen Plus对3种分离工艺过程进行了模拟分析。提出用水吸收一步反应气相产物中的二甲醚,再用两个精馏塔分离吸收液的工艺流程,模拟过程中汽液相平衡采用NRTL热力学模型。对从吸收液中分离二甲醚的3种方法进行了模拟计算值的比较,并与文献中的实验值做了比较,最后采用了先通过第一精馏塔塔顶分离出CO₂,塔底出甲醇和二甲醚,再通过第二精馏塔分离二甲醚和甲醇的方法。此种分离流程可使二甲醚的回收率达到91.1%,产品浓度达到99.96%,高于文献报道的结果。并对吸收塔的温度、操作压力、液气比、塔板数等参数以及2个精馏塔的温度、压力、塔板数等参数进行了优化模拟,确定了优化的工艺和设备参数。最优的分离流程尚需经过回收率和操作费用综合经济核算来确定。     

改进的Bilger型湍流燃烧反应速率模型及其数值模拟的验证

基于旋涡耗散原理,结合平均生成速率正比于化学计量比下的混合分数的概率密度的理论分析,发展Bilger型燃烧反应速率模型,使之能够模拟富氧和贫氧燃烧工况。模型中利用快速反应假设,辐射由多射线模型模拟,结果与Steckler的燃烧实验数据比较,并与文献中多个模型比较。温度、速度分布以及总体量的比较表明,当前模型比传统的EDM、Brizulea-Bilger模型在模拟贫氧燃烧方面好。对不同模型的应用提出了建议。     

基于CFX的燃油燃气锅炉炉膛内燃烧传热的数值模拟

在锅炉设计过程中由于试验和测量的条件受到种种限制,本文提出采用数值传热学理论来模拟炉膛内火焰温度场、速度场变化,分析可能出现的问题,加快设计速度。本项研究中,采用ICEMCFD造型和划分网格,最后在CFX中进行模拟计算。     

强化悬浮式分解炉内煤粉燃烧过程模拟的研究

分解炉是新型干法水泥生产线上预分解技术的核心设备和关键技术装备之一,其性能优劣直接影响到系统能耗、环保排放以及整个系统的生产效率。将数值模拟方法应用于分解炉的复杂燃烧过程研究,以强化悬浮式分解炉为研究对象,结合气固二相流理论,对煤粉的燃烧模拟采用非预混燃烧模型,对挥发份的燃烧采用概率密度函数模型,焦碳的燃烧采用表面反应PDF模型,挥发份的析出模型选用两步竞争反应模型,燃烧的辐射传热采用P-1模型进行模拟。数值计算采用二阶迎风差分和SIMPLE算法,求解方程采用TDMA逐面迭代和低松弛因子。对分解炉内煤粉的燃烧过程进行的数值模拟揭示分解炉内煤粉的燃烧机理,为煤粉内优化燃烧提供理论依据和有利的信息。     

不同结构三通内冷热水混流特性的数值仿真

针对三通管中冷热水混流形成的热波动现象容易诱发管道的热疲劳,进而导致部件失效的问题,研究不同结构对三通管冷热水混流特性的影响.利用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）方法对不同管径比和不同支管角度模型进行数值仿真.结果表明：支管入流在主管流动压迫下发生折转,从而在支管背流面上部形成涡旋,造成上壁面热波动较下壁面明显;当管径比增大时,在涡旋下通道主管流体流动有效面积减小,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域变长;当支管角度减小时,涡旋逐渐减小,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域同样变长.     

燃烧室形状对柴油机压缩冲程影响的数值模拟

为研究柴油机燃烧室形状对柴油机压缩冲程的影响,应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值方法,针对3种不同几何形状的直喷型柴油机燃烧室压缩冲程进行三维流场计算.计算结果表明缩口燃烧室具有较大的挤流强度和较合理的涡流分布,可以产生较高的缸内压力和温度,有利于混合气体的形成,与直口和敞口燃烧室相比性能较好.所采用的数值计算方法和分析结果对柴油机燃烧室的设计工作具有参考意义.     

Wall-adapting subgrid-scale models to apply to large eddy simulation of internal combustion engines

In this work a methodology to perform large eddy simulation of in-cylinder flows by the open-source CFD code OpenFOAM® is presented. First, authors implemented the dynamic Smagorinsky and the wall-adapting local eddy-viscosity (WALE) subgrid-scale model in the code; model validation has been performed by comparison against experiments carried out on a standard test case of flow with separation and recirculation. The WALE model has been further applied on a simplified engine-like geometry. Also in this case results look satisfying, although discrepancies still exist between simulations and experiments. An explanation for such a behaviour is suggested in the paper, together with a possible solution.     

基于图像的火焰稳定性判别方法研究

针对锅炉燃烧监控系统所采集的火焰动态图像,提出了一种基于在线模糊聚类算法的炉内火焰燃烧诊断方法。该方法分析了火焰图像的特点,提取了判别火焰稳定性的特征量,以提取的特征量作为在线模糊聚类算法的输入参数,分析燃烧图像的隶属度,给出判别标准对燃烧稳定性进行综合评估。将在线算法与离线算法进行比较,实验结果表明,在线算法比离线算法的准确率提高了5.3%,验证了算法的有效性。该方法对实现燃烧状态自动监测,保障锅炉安全运行具有重要意义。     

热镀锌钢板表面锌波纹影响因素的数值分析

针对热镀锌钢板表面出现的锌波纹问题,通过带钢表面锌液流动的一维简化模型预测锌层稳态厚度;采用摄动法并结合三维气刀射流湍流流场的大涡模拟,提出热镀锌钢板表面锌波纹的数值预测模型;研究工艺参数对锌波纹的影响规律.结果表明：气刀距带钢的距离越远,刀唇间隙越大,气刀入口压强越小,带钢表面锌波纹越明显;气刀入口湍流强度对锌波纹影响可以忽略.     

2000 t/d分解炉内无烟煤燃烧机理的数值模拟研究

为避免水泥生产焚烧无烟煤技术的工程盲目性,本文采用混合分数方法数值研究了中材建设有限公司国外-2000t/d生产线分解炉内无烟煤的燃烧机理。首先,根据分解炉的设计参数,模拟了分解炉内无烟煤的燃烧过程。其次,为研究分解炉内无烟煤的燃烧机理,模拟研究了煤粉不同喷射速度条件下的无烟煤的燃烧过程。最后得出,分解炉无烟煤的主要燃烧机制为混合-扩散速率控制,但无烟煤必须以较高的速度喷入燃烧室,将燃烧后的高温气流迅速回流到刚喷入煤粉中。     

Numerical investigation of the effect of sub-grid scale eddies on the dispersed particles by LES/FDF model

An LES/FDF model was developed by the authors to investigate the SGS effect on the particle motion in the gas-particle two-phase plane wake flow.The simulation results of dispersion rate for different particles were compared with the results without using the FDF model.It was shown that the large eddy structure is the dominant factor influencing the particle diffu-sion in space for small particles(small Stokes-number particles),but for intermediate or large diameter particles,the influence of the sub-grid s...     

基于改进的粒子系统的火焰模拟

在总结了国内外学者所建立的各种火焰模拟方法的基础上,基于粒子系统模型,对传统粒子系统的火焰模型进行了一些改进.详细讨论了改进后控制参数和函数的由来和设置,并研究了各个控制参数对于火焰效果的影响.同时,也拥有对风等外界影响因素的丰富体现力,在一定程度上克服了随机性,能够生成不同形态的火焰燃烧的情景.最后给出了一些已经实现的火焰效果.