微燃烧器内甲烷催化燃烧的数值模拟

联合使用CFD软件、FLUENT和化学反应动力学软件DETCHEM对甲烷—空气混合物在有逆流换热的微燃烧器内的催化燃烧进行了数值模拟。计算中只考虑了甲烷在催化表面上的反应。燃料一空气混合物的当量比为0．4,燃烧器外壁面分剐采用等温边界条件和与环境的对流换热边界条件,并比较了这两种边界条件对可燃混合气燃烧的影响。计算结果表明,催化燃烧可以实现常规方法无法实现的甲烷低温、高效转变。     

微燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟

建立了微燃烧室中的湍流燃烧模型,采用FLUENT软件对微燃烧室中甲烷/氧气的燃烧特性进行了数值模拟,研究了甲烷/氧气的当量比为1时不同流量对微燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明,随着混合气流量的增加,燃烧室内的温度升高,甲烷的质量浓度下降。     

微小Swiss-roll燃烧器的数值模拟

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,对二维Swiss-roll燃烧器进行数值模拟,采用了CH4/空气的多步反应机理,考虑了燃气对室壁的辐射,研究当量比和人口气流速度对燃烧特性和火焰稳定性的影响.研究结果表明,Swiss-roll燃烧器能够在大的当量比范围内稳定工作.但上下极限并不对称,富燃时的极限比较小,比化学当量比略小,而富氧的极限比较大.对于相同的当量比,流速较小时,甲烷/空气火焰停留在燃烧器中心区的入口,甲烷全部参加反应;随着气体流速的增加,在燃烧器的中心形成回流区,扩大了燃烧器的富氧可燃极限,有助于火焰稳定,但是甲烷的转化率在减小.     

分级燃烧低氮燃烧器的数值模拟与结构改进

对基于分级燃烧技术的8 MW和15 MW燃气低NOx燃烧器开展了数值模拟,分析了 35％、70％和100％额定负荷三个运行工况下燃烧器温度场、组分浓度场和NOx排放量等特性.燃烧器在各模拟工况下均表现出较好的燃尽特性和低于30 mg/m3(3.5％02浓度换算)的NO,排放量.针对15 MW燃烧器满负荷工作时炉膛前端近...     

燃气燃烧器燃烧特性的数值模拟

运用Fluent软件对40 t/h锅炉用燃气燃烧器进行三维数值模拟,研究进风量对燃烧器性能及污染物NOx排放特性的影响。结果表明:合适的进风量是保证燃烧器稳定燃烧的重要条件,也是减少NOx排放的关键因素。数值模拟的计算结果为燃烧器优化设计、改造提供了参考依据。     

氢气微尺度催化燃烧的数值模拟

通过耦合计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN并采用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及当量比Φ和预混合气体入口速度对催化燃烧反应的影响。计算结果表明:表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;当量比Φ对氢气的催化燃烧过程有重要影响;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;表面催化反应对空间气相反应的影响能被分成3种类型。计算结果为在微型动力系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据。     

预混燃烧数值模拟与结构改进

对煤气-空气预混燃烧进行了数值模拟,通过模拟研究了燃烧器的结构对煤气-空气预混效果的影响,优化了燃烧器的结构,使煤气-空气预混效果达到最佳。模拟结果与实际燃烧过程情况相符。     

燃烧室结构对微燃烧器内甲烷燃烧的影响

为了合理设计微燃烧室,建立了微燃烧室内的湍流燃烧模型,采用Fluent软件对不同结构微燃烧器中甲烷/氧气的燃烧特性进行了数值模拟.甲烷/氧气的当量比为1,混合气流量为200mL/min,入口温度为300K,并比较了不同结构微燃烧室内燃烧情况的差异.计算结果表明,随着燃烧器的长度和宽度增加,燃烧室内的温度升高,甲烷的浓度下降.     

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     

喷射式燃烧器气体流动与燃烧数值模拟

对一国产30kW车用喷射式加热器的燃烧器内气体流动与燃烧进行了数值模拟。由计算分析知．燃烧器导流体切向进气道所进空气射流可加强混合气的混合燃烧,并在导流体底部形成一绕中心轴线的涡流环,因该涡流环中心存在低压,从而可使部分下游燃烧的高温气体在燃烧室尾部缩口的配合下向中上游回流。该回流在燃烧室中下游产生一个绕燃烧室中心轴线的回流环,该回流环既可使高温回流气体维持燃烧器的续燃温度．同时还可加速混合气的燃烧。但从燃烧室的温度场分布图看,其高温区有所偏后,这对燃烧室在不同空燃比下的续燃稳定性不利．且易造成排气温度过高,使热效率下降．因此燃烧室缩口须适当前调．以使回流区前移。     

燃烧器燃烧流场与污染物排放的数值模拟

针对一种新型燃烧器,利用FLUENT软件,对其内部三维燃烧流场进行了数值模拟.计算采用RNGk-ε双方程湍流模型、PDF燃烧模型以及离散坐标辐射传热模型,液体燃料采用颗粒群轨道模型,模拟了不同过量空气系数和不同负荷工况下的燃烧流场,并对NOx排放进行了预测.根据所得到的模拟结果分析了影响燃烧的因素,为此新型燃烧器的研制提供了理论指导.     

单只文丘利油燃烧器出口气液两相流动与燃烧的数值模拟

针对选配文丘利型油燃烧器的燃油锅炉中液雾燃烧的特点,提出了一种数值模拟分析模型及处理方法,据此数值模拟了某单只文丘利油燃烧器出口的气液两相流动与燃烧,给出了流中的速度场,温度场以及浓度场的分布信息,这些结论可为该型燃烧油锅炉的进一步设计和运行以及燃烧室的布置提供有益的依据。     

多孔介质回热微燃烧器预混燃烧特性研究

设计了多孔介质回热徽燃烧器,对微燃烧器内H2/Ak的预混燃烧特性进行了实验研究和数值模拟,实验结果表明,当过量空气系数1.0＜α＜3.0时,微燃烧器具有较高的燃烧效率,出口烟气温度和较低的燃烧热损失率,且燃烧热功率P越高,α越大,热损失率越小.当P=100 W时,其出口烟气温度最高可达到1 232 K,当α=3.0时,燃烧效率仍达到96.85％,而热损失率仅为14.87％.数值模拟结果表明,由于采用了回热夹层和多孔介质回热结构,有效地回收了热量损失,使得微燃烧器具有良好的热性能.证明设计的多孔介质回热微燃烧器是一种燃烧效率高、热损失率低的微燃烧器.     

氢气微尺度催化燃烧过程的数值模拟

通过耦合计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN,并运用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及表面催化反应对空间气相反应的影响。计算结果表明：OH浓度的高低可用来判断微型管道内是否发生表面催化反应。由于壁面的催化作用,空间气相反应发生的难度增加,即表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;表面催化反应对空间气相反应的影响能被分成三种类型。计算结果为在微型动力系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据。     

不同散热条件下微燃烧的数值模拟

散热是影响微尺度燃烧器燃烧稳定性的重要因素之一.本实验通过在一个长40 mm、内径2 mm、外径4 mm的石英玻璃直圆管表面施加不同的外部吹风温度,控制其表面散热.研究4、107、756℃外部风温下,微燃烧器的工作性能,其中燃料混合气体流量为0.16、0.28、0.32 L/min.实验测得燃烧器壁面温度,结合数值模拟研究内部燃烧过程.计算结果显示,提高燃料流量或外部风温可以提升反应强度、抑制熄火.如在风温107℃时,燃料气体当量配比下,当流量由0.16 L/min上升到0.32 L/min时,峰值温度由1538 K上升到1620 K;在流量0.28 L/min时,燃料气体当量配比下,当外部风温由4℃上升到756℃时,峰值温度由1592 K上升到1731K.     

低NOx燃烧器燃烧特性的数值模拟

研究对350MW电站锅炉采用低NOx燃烧器和常规直流煤粉燃烧器的燃烧过程进行了数值模拟.数值分析结果表明炉内的最高温度出现在燃烧器上部附近,在此区域,锅炉采用低NOx燃烧器的火焰中心温度比常规燃烧器的要高出100℃多,而对应2种燃烧器的截面平均温度沿炉高没有明显的区别;燃烧器区域的截面温度场呈现出马鞍形分布,即炉膛中心和炉壁附近的温度较小,其二者中间环形区域的温度最高;周期性变化的一次风喷嘴截面的火焰平均温度较高,二次风喷嘴截面的火焰平均温度较小,二者相差300℃左右,炉膛的切圆直径在燃烧器上部附近最小,在燃烧器区域,切圆直径几乎为常数,在燃烧器的上部和下部区域,炉膛截面的切圆直径较大;低NOx燃烧器和常规直流煤粉燃烧器所对应的切圆直径,在燃烧器的上部附近,低NOx燃烧器相应的切圆直径要大一些,在其它的区域中二者相应的切圆直径没有明显的区别.     

钝体燃烧器湍流预混燃烧的数值模拟

采用湍流火焰封闭燃烧模型(TFC)模拟了钝体燃烧器的湍流预混燃烧,比较了基于火焰褶皱率和湍流燃烧速度2种源项解法对钝体预混燃烧的预测,对3个不同湍流燃烧速度表达式模拟的性能进行了比较,采用粒子成像测速技术(PIV)测量了燃烧器中心射流出口的速度分布,并将其作为边界条件代入计算.结果表明:不同湍流燃烧速度公式的计算结果在火焰刷厚度、位置及火焰前锋位置方面存在较大差别;Gulder公式的计算结果最接近试验数据,火焰刷厚度与试验结果吻合较好,但火焰刷位置与试验结果差别较大;Dinkelacker的火焰褶皱率模型主要模拟燃烧器在高压条件下的燃烧,在运行压力接近标准大气压的情况下,计算结果与试验值存在较大误差.     

高炉氧煤燃烧器中煤粉燃烧过程的数值模拟

本文采用颗粒相连续介质－轨道模型对同轴射流渐扩式高炉氧煤燃烧器内煤粉燃烧过程进行了数值模拟。数值模拟结果表明，同轴射流渐扩式氧煤燃烧器在适当的射流速度比条件下，可在氧煤枪出口后方诱导出回流区及低速区，有利于延长煤粉在直吹管内的停留时间，改善煤粉在热风管中加热、挥发和挥发份的着火条件，改善氧气和煤粉的混合，提高煤粉燃烧区的氧气浓度。     

氢气预混合微尺度催化燃烧的数值模拟

通过耦合计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN并采用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及预混合气体入口速度、当量比Φ和管径对催化燃烧反应的影响。计算结果表明：表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;当量比Φ和管径对氢气的催化燃烧过程有重要的影响。     

新型直流燃烧器燃烧性能的数值模拟分析

为了解决超低负荷下煤粉燃烧器的稳燃和NOx排放等问题,研发了一种新型直流煤粉燃烧器,通过数值模拟分析发现该燃烧器具有高浓缩比的特点,出口NOx排放浓度在180mg/m3(O2 =6％)以内,同时喷口处能够形成稳定的回流区,保证了煤粉着火的稳定性,可见该新型燃烧器具有良好的低NOx排放及稳燃特性.