瓦斯燃烧器湍流扩散火焰数值模拟研究

利用PHOENICS软件 ,对钝体稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了数值计算 ,验证了k ε湍流模型、三气体燃烧模型及综合辐射模型的有效性。探讨了稳焰块直径和火道张角对燃烧器稳焰特性和火焰长度的影响。用数值模拟方法对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了研究。     

重整炉瓦燃烧器火焰长度数值研究

采用数值方法对重整炉瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了较详细的研究。计算结果表明，在强旋流条件下，火焰长度随旋流数的减小、热负荷增加及氢组分含量降低而增加，受风压影响较小。     

页岩气燃烧器燃烧特性的数值模拟

研究页岩气的清洁燃烧特性并设计优化其燃烧器对页岩气的推广应用具有重要意义。根据页岩气的特点,设计了供小型工业炉使用的200 kW页岩气燃烧器,采用数值模拟的方法,研究了过量空气系数（1.05～1.35）、钝体等对页岩气燃烧的温度分布、燃烧产物、NO排放等特性的影响规律。结果表明：①随着过量空气系数增大,炉膛的峰值温度降低;②过量空气系数较大时,容易在燃烧器根部形成高温区域;③未加装钝体时,NO的生成量较大,NO的生成量随过量空气系数的增加而减小;④在燃气管出口处增加钝体后,可实现甲烷的完全转化;⑤与未加装钝体相比,炉膛温度峰值下降,钝体后形成回流区,回流的高温烟气能够有效预热喷出的燃气,减少了着火时间,温度分布较均匀,燃烧状况稳定,产生的NO浓度较低。综合考虑的结论认为,增加钝体优化后的燃烧器,当过量空气系数为1.25时的工况性能最优。     

燃烧器结构对气体火焰形状和炉内温度分布的影响

利用数值模拟方法,选用标准的K-ε湍流模型、PDF扩散燃烧模型、离散坐标辐射传热模型,研究了燃烧器结构对气体火焰形状和炉内温度分布的影响,主要考察了不同燃烧器喷孔直径、喷孔角度和旋流角度下速度、温度、火焰形状等参数的变化规律.结果表明, 喷孔直径越小,喷孔出口速度越大,速度峰值也越大,射流的影响区域越大,燃料与空气的混合越好,燃烧速率越高,燃烧的火焰越短、越窄;喷孔角度和旋流配风也可以增强混合、强化燃烧,但其对火焰形状及长度和炉内整体的温度分布影响很小.因此,若要提高辐射传热效率,只能从配风和火道形状的优化入手,开发新结构的高效燃烧器.     

圆筒炉内燃烧器出口湍流流动和燃油燃烧的三维数值模拟

针对一现场运行圆筒炉内油、气联合燃烧器燃油燃烧过程进行了详细的数值模拟。其中，对燃烧器的复杂几何形状没有进行任何简化，实现了计算区域的结构化网格划分。在前人的研究基础上发展了计算燃油液雾燃烧过程完整的数学模型，对气相的湍流流动采用κ-ε模型，对液雾颗粒相的湍流流动采用随机轨道模型，对湍流燃烧采用EBU-Arrhenius模型，对辐射传热采用离散坐标模型。模拟计算成功地得到了燃烧器出口流场、温度场、组分分布以及火焰形状等详细信息，揭示了计算区域内流动、燃烧和传热过程特点。计算结果与现场测量数据吻合。     

测试燃烧器放喷流动及燃烧特性数值模拟

针对气井测试大流量放喷时燃烧产生的高热辐射和噪声对人员及设备造成的危害问题,采用RSM湍流模型、简化的甲烷-氧气2步反应组分输运模型、离散坐标法辐射传热模型、宽频噪声及F-W-H噪声模型对页岩气测试燃烧器大流量放喷燃烧过程进行了数值模拟,考察了大流量放喷时放喷流场及噪声传播规律。分析结果表明:测试燃烧器放喷为扩散燃烧方式,燃烧效率较低,燃烧不完全易冒黑烟,同时扩散燃烧形成上浮火焰形态,火焰根部距离套筒出口较近,形成的高温热辐射使燃烧器本体受热变形而失效;燃烧器内放喷头径向喷孔流速过高导致高射流噪声,进而产生高燃烧噪声,严重威胁人员和设备安全;采用提高燃气和空气混合效果的预混燃烧方式,并合理设计喷孔流速可以抑制现有燃烧器缺陷。所得结果可为大流量测试放喷燃烧器结构改进提供理论指导。     

燃料变化对气体燃烧器燃烧性能影响的数值模拟研究

该文以John Zink公司一种瓦斯燃烧器为几何原型,对燃烧器和稳焰旋流器附近三维复杂形状未作任何简化,生成了包括燃烧器和炉膛的结构化网格,换用甲烷、乙烷、丙烷和丁烷四种不同的气体燃料,用标准的k-ε湍流模型、k-ε-g湍流扩散燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型对燃烧器内的流动及燃烧状况进行了全尺寸数值模拟,预报了燃烧器内流场和温度场,考察燃料变化对炉内温度场的影响规律及燃气射流特性参数(Re·D1)对火焰长度的影响,对进一步优化设计燃烧器、提高加热炉热效率有很好的指导意义。     

基于CFD计算的燃烧器结构改进研究

 以某石油化工炼油厂在用的燃烧器为研究对象,对燃烧器中燃烧道出口结构提出了3种改进方案,并应用 CFD 软件 FLUENT 对燃烧器结构改进前后的燃烧过程进行了数值模拟,得到了燃烧单元内速度、温度及组分分布等相关参数。结果表明,减小燃烧道出口截面积能有效地提高烟焰的射流影响,大幅增加燃烧单元内对流传热比例,燃烧器火焰稳定、刚劲有力,加热效果良好。在3种改进方案中,使用圆台形出口时燃烧器性能提升最为明显。     

燃油燃烧器出口液雾燃烧及NOx生成的数值模拟研究

针对燃油燃烧器出口液雾燃烧的气液两相湍流流动、液雾扩散和蒸发、气相燃烧和传热、气体和液雾以及燃烧装置之间辐射传热等过程,分别采用κ-ε模型、随机轨道模型、EBU-Arrhenius模型、离散坐标模型进行描述,发展了液雾燃烧综合计算模型,并对某炼油厂油气联合燃烧器燃油燃烧过程进行了全三维的数值模拟,得到了燃烧器出口流场、温度场、组分分布、火焰形状以及污染物NOx分布的详细信息,揭示了计算区域内流动、燃烧和传热过程的特点,计算结果与现场测量数据吻合。     

海上平台高速火炬燃烧特性的数值模拟研究

火炬系统的目的是将油田生产出来的多余伴生气或者生产设施中泄放出来的气体在一个安全位置上泄放掉。海上平台生产过程中,在火灾、堵塞等事故工况时,泄放系统将承担非常大的负荷。因此对于高压、大泄放量气田,为了减小火炬头及火炬臂的尺寸,会照按较高的泄放流速设计。因此对海上平台火炬燃烧进行数值模拟,并对火炬的燃烧特性,火焰形态以及在不同风速下的抗倒伏能力进行分析研究。     

H2S废气反应炉燃烧数值模拟

针对某炼油化工厂H_2S反应炉设计的不同结构的燃烧器进行三维数值模拟,研究了不同燃烧器结构参数、燃料气成分与分配比例、反应炉花墙结构等因素对炉内流动与燃烧的影响,并确定了合理的燃烧器结构。结果表明:原始燃烧器结构下,单烧酸性气工况时,降低内圈酸性气比例有利于H_2S的完全燃烧,炉膛出口烟温有所提高;优化后的燃烧器结构较原始结构下,增强了内圈酸性气与空气的混合,更有利于H_2S气体的燃烧;反应炉内花墙结构能造成炉膛内烟气回流,提高了烟气的停留时间,有利于H_2S气体的燃烧完全;掺烧天然气工况较单烧酸性气工况,炉内燃烧变差。     

克拉玛依油田火驱开发参数的数值模拟研究

在油藏条件一定的情况下 ,可通过设计合理的开发参数来提高火驱开发的效果。该文以克拉玛依油田六东区为例 ,用数值模拟的方法研究了井网、井距、注气速度、燃烧方式 (干式燃烧或湿式燃烧 )、湿烧水气比及湿烧的时间等主要参数的影响。结果表明 ,反九点井网优于反七点与反五点 ,由空气油比与采收率确定的合理井距为 10 0m ,注气速度为 2× 10 4 m3 /d。湿式燃烧能提高采收率与降低空气油比 ,其合理的时机是燃烧距离达到 2 5 % ,水气比为1.5kg/m3 。     

城市埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对城市埋地天然气管道穿孔泄漏扩散问题,结合有限容积法,利用Gambit 2.4建立了天然气管道不同泄漏位置的CFD仿真模型,利用Fluent 6.3分别对天然气管道上部、下部及背风侧3种泄漏工况下,气体在土壤中和空气中的扩散规律进行了数值模拟。研究结果表明,下部泄漏在土壤和空气中的危险范围最大,关闭泄漏管段两端阀门以后,气体扩散危害范围逐渐变小。研究结果为城市埋地天然气管道泄漏事故现场人员疏散及安全抢修提供了理论依据。     

含硫天然气管道泄漏事故数值模拟与分析

高含硫天然气管道在运行过程中由于腐蚀等原因经常会发生孔口泄漏事故,对周围人身安全和环境造成危害。利用CFD软件Fluent对有风状态下高含硫天然气管道发生孔口泄漏后CH4和H2S的扩散情况进行了数值模拟。结果表明,CH4受浮力影响向高空扩散趋势明显,其爆炸范围集中在泄漏口附近;H2S由于初始动量较大,在泄漏孔口附近会向高空扩散,但随着动量的减少和扩散距离的增加,在重力的作用下会逐渐降落到地面附近;对比3m/s和1m/s风速情况下CH4和H2S的扩散情况,在1m/s风速下CH4的爆炸范围会略有增加,高浓度H2S会达到更高的范围,且靠近泄漏口附近的地面浓度会更低。     

大型球罐整体热处理数值模拟

对大型球罐一般采用整体热处理技术来消除其壁面中的焊接残余应力 ,以确保球罐长期安全运行。针对球罐内部进行整体热处理时的喷射燃烧现象建立均相湍流燃烧模型 ,并用SIMPLE算法进行数值求解。其计算结果显示 ,在热处理过程中球罐内部两侧存在低速旋涡 ,罐内壁面温度从上向下依次降低 ,这与工程试验结果相符。模拟结果对提高球罐整体热处理质量具有指导意义     

火烧油层热力采油过程的数值模拟

根据火烧油层室内燃烧管模拟实验台的条件,建立了一个一维数学模型.用有限差分法对该数学模型在较宽的参数范围内进行了数值计算,分析了若干重要参数对采收率、空气消耗量和燃烧前缘推进速度的影响.计算结果表明,采收率和空气消耗量对原油的相对渗透率很敏感,而绝对渗透率对其影响不大;燃烧前缘的推进速度与空气注入速率成正比,而提高空气注入速率对采收率和空气消耗量没有太大的影响.数值计算结果与实验结果吻合较好,说明所建立的数学模型和采用的数值求解方法是正确和可靠的.     

合成氨装置二段转化炉烧嘴原料改变的设计优化及应用

某ICI-AMV工艺合成氨装置原料天然气更换导致二段转化炉进料组分发生变化,为了评估富氧原料变化对设备造成的影响,针对该厂使用的Kellogg烧嘴,对二段转化炉燃烧室进行燃烧数值模拟。计算结果表明,在改变进料组分后,炉内燃烧火焰中心高温区域下移,使燃烧室出口温度不均匀性加剧,可能会导致催化剂床层失活。依据计算结论,对二段转化炉烧嘴提出了设计优化方案,新方案实际投用效果良好,对计算结果和优化方案进行了验证。