气泡雾化旋流燃烧过程的数值模拟研究

利用概率密度函数模型(PDF),针对不同空气旋流强度下气泡雾化喷嘴出口下游庚烷雾群的燃烧过程进行了数值模拟研究.研究结果表明:随着空气旋流强度的增加,中心回流区逐渐向上游移动,且回流区长度减小、径向扩张,而角回流区则逐渐消失.适度提高空气旋流强度有利于强化离散相与连续相之间的混合过程,但过大的空气旋流强度将造成未蒸发的雾颗粒穿透剪切边界层,进入回流区内,造成不完全燃烧,甚至发生脱火.随着空气旋流强度的增加,火焰高温区域将逐渐前移,火焰张角有所增大;燃烧产物中CO的浓度随燃烧温度的提高有所降低,而NO的浓度则大幅提高.本文研究的气泡雾化喷嘴,匹配旋流数S=0.8~1.41的配风装置可以取得较好的燃烧效果.     

某重型燃气轮机燃烧室三维流场数值模拟

以某重型燃气轮机为原型,以该燃气轮机燃烧室为研究对象,采用数值模拟的方法对燃烧室内冷态流动展开研究。研究结果表明:气流在环形燃烧区和中心燃烧区都能形成良好的回流,旋流器能够很好地组织燃料的旋流;在燃烧室头部的主燃区中,CH_4气体主要集中在旋流器后方的一个小区域内;在燃料喷嘴后方存在一个缺氧区,除此区域之外,氧气浓度均较高。由此证明,在该燃烧室内燃料与氧气能充分混合。     

二次风风量对旋流燃烧器气固流动特性的影响

为了研究低NOx旋流燃烧器出口流场特性以及其与水冷壁高温腐蚀的相关性,使用三维颗粒动态分析仪（PDA）测量了不同二次风风量下的低NOx旋流燃烧器出口附近的轴向、径向、切向以及湍动速度分布、回流区的形状、颗粒浓度分布以及颗粒粒径分布.结果表明：在该燃烧器出口附近有一个环形回流区,回流区的大小以及位于二次风区域的径向速度和切向速度都随着二次风风量的增大而增大;颗粒浓度呈现内浓外淡的分布,随着二次风风量的减小,这种趋势更加明显;位于中心区域的粒径略小于外围颗粒直径,二次风风量对其影响较小;颗粒的集中分布容易导致煤粉不易燃尽.气流携带煤粉可能冲刷水冷壁,造成高温腐蚀.因颗粒直径为内小外大的分布,这使得较大的颗粒容易穿过回流区到达壁面造成水冷壁沉积腐蚀.     

过贫当量比下贫预混旋流燃烧室点火燃烧特性

为确保贫预混旋流燃烧室能在过贫当量比条件下具有良好的点火性能,基于不同的点火燃料比,对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比为0.013~0.502条件下的点火燃烧特性进行了实验研究.结果表明:在点火燃料比为10%、15%和20%条件下,贫预混旋流燃烧室能够分别在当量比区间为0.063~0.251、0.042~0.377和0.050~0.502内成功点火,并通过实验结果拟合计算出最小点火当量比分别为0.063、0.039和0.011;而燃烧室在点火燃料比为5%条件下均点火失败;随着当量比的减小,由于空气流量的增加而导致燃烧室出口温升逐渐减小,燃烧室烟气排放中CH4和CO浓度增加,燃烧效率也随之降低;虽然燃烧室在高点火燃料比时能够在更贫的当量比条件下点火成功,但由于过多的空气流量而导致燃烧室燃烧效率降低和污染物排放增多.保持一定的点火燃料流量对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比条件下高效快速启动十分有利.     

一次风扩口角对旋流燃烧器影响的数值模拟

为了改进燃烧器设计，提出了一次风扩口角度改变对同轴旋流燃烧器影响的数值模拟方法.该方法采用重整化群 RNG κ-ε双方程湍流模型，针对燃烧器出口区域冷态流场进行数值模拟，通过比较旋流燃烧器不同一次风扩口角度情况下，回流区尺寸的变化和流场分布规律.结果表明，旋转射流轴向速度受一次风扩口角变化影响不大，其切向速度在旋流外围服从拟等势旋涡规律和在旋流中心服从刚体旋转规律；随一次风扩口角度的增大，回流区径向尺寸绝对增大，轴向尺寸先增加后减小；一次风扩口角度的增大，引起径向压力梯度的增大，从而形成了多次回流区域的存在.     

燃烧室内旋流流场的数值计算

本文用N—S方程描述了中心射流为直射流、外射流为旋转射流同时进入扩张燃烧室的轴对称气体流动。计算了外射流在不同旋流数时及内外射流流量比不同时燃烧室内的速度分布。湍流模型采用SGS方法。计算结果与实验值相比较,表明所采用的计算方法及湍流模型是方便、可行的。     

背压差影响下压力旋流式喷嘴喷雾性能的实验研究

为了研究背压差对压力旋流式喷嘴雾化性能的影响规律,实验分析了背压差对压力旋流式喷嘴喷雾形成雾滴的索特尔平均直径(Sauter mean diameter,SMD)、雾滴速度以及喷雾锥角的影响以及SMD、雾滴速度在雾场轴向和径向的分布特性.结果表明:随着背压差的增加,喷雾锥角和雾滴速度随之增大,而SMD不断减小.背压差分别高于0.32、0.30 MPa时,SMD、雾滴速度和喷雾锥角的变化率均小于5%.当背压差为0.30 MPa时,随着轴向距离的增大雾滴速度减小,而SMD呈先增大后减小的变化趋势;SMD和雾滴速度随着径向距离的增大而增加.     

600MW机组中心给粉旋流燃烧技术改造试验研究

使用中心给粉旋流燃烧技术,对600MW机组锅炉的燃烧系统进行改造,实现燃料的浓淡燃烧及空气在径向和轴向的分级。对旋流燃烧器二次风挡板和叶片进行了优化选取试验,探究炉内的结焦问题。对不同燃尽风量和氧量条件下的燃烧过程进行了试验研究,研究结果表明,改造后NOx排放量明显降低了30%~40%,而且通过对回流区起点位置的推迟,解决了炉内的结焦问题。     

中心分级贫油直喷(LDI)燃烧室流动及污染排放特性研究

对中心分级贫油直喷燃烧室流动和污染排放特性进行了数值模拟研究,分别在慢车和起飞工况下研究了燃烧室冷态和热态的流动特性,分析了燃烧释热对流场形态的影响,得到了主油喷射角度对污染排放的影响规律。计算结果表明:副模采用旋流角为32°的中等强度旋流仍然能够在冷态和热态条件下形成稳定的中心回流区,但是热态下回流区尺寸和回流量较冷态显著增大;随着主油喷射角度的减小,燃烧反应区向下游方向移动,缩短了高温燃气在燃烧室内的停留时间,有利于降低燃烧室氮氧化物的生成量。     

窑用多通道燃烧器回流区的三维数值模拟

在采用重整化群（RNG）k—ε模型对水泥窑用多通道燃烧器进行数值模拟的基础上，针对影响燃烧器性能的重要指标一回流区进行讨论，将三维条件下燃烧器的流场分布与传统燃烧器流场进行对比，提出了三维条件下燃烧器回流区分为中心回流区、内回流区、外回流区3个回流区的分布模型，并分析了影响回流区的直流风和旋流风2个重要因素。结果表明：旋流风的速度变化对回流区的影响比其他因素的影响更大，旋流风速度适当增大可以增大回流区的范围，而当旋流风速度过大时，外回流区消失。     

旋流燃烧器出口气固两相流场的 光学波动法测量研究

为了精确测量旋流燃烧器出口的固相质量分数和颗粒细度,介绍了光学波动法测量固相质量分数的基本原理,并在气固两相流实验台上采用基于光学波动法的激光探针测量固相质量分数,对不同的一、二次配风条件下的回流区大小、扩散特性以及质量分数分布变化进行了测量研究.试验结果表明：在燃烧器出口流场中,固相质量分数最高点和气相速度的最高点均处于二次风口附近,在离燃烧器出口0~200 mm范围内,气相速度衰减迅速,而固相质量分数的衰减缓慢;各次风对固相质量分数分布的作用各不相同：一次风大小的改变对中心回流区内固相质量分数影响微弱,主要影响周边区域;增强内二次风对增强回流区内的固相质量分数的差异最为明显;增加外二次风限制了颗粒对外扩散,固相质量分数的分布在周向上更加均匀.     

直流二次风扩口对燃烧器流场影响的试验研究

在气固两朴实验台上采用先进的ＰＤＡ测试技术对不同直流二次风扩口角度情况下径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口气相速度和脉动速度、颗粒浓度分布进行了测量,得出了直流二次风扩口角度对径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口流场回流区直径、射流扩展角的影响规律。实验结果表明直流二次风扩口角度对汉场有一定的影响,而对浓度场影响较小。所得结论对工程应用有一定的参考价值。     

Experimental investigation on heat transfer enhancement of mist/air impingement jet

The heat transfer performance of a mist/air jet impingement on a constant-heat flux surface was experimentally investigated.Two objectives were outlined in the current study.The first objective is to assess the effects of mist/air volumetric flow rate ratio,impinging mode and heat flux on the heat transfer characteristics of free mist/air jet impingement.The second objective is to assess the effect of swirl flow induced by the spinning grinding wheel on the mist/air jet impingement,simulating the heat transfer process on a grinding work-piece surface subjected to the mist/air jet impingement.The results show that the addition of dilute water droplets to air flow results in significant heat transfer enhancement.Once the mist/air ratio is increased to a certain value,the increase of heat transfer with the mist/air ratio becomes slow.For a given mist/air ratio,as the increase of heat flux,the contribution of droplet evaporation to the overall heat transfer is weakened relatively,resulting in a decrease of heat transfer enhancement in comparison to the lower heat flux case.The heat transfer coefficient in the stagnation region for the oblique jet is much lower than the normal mist/air jet impingement,while in the region away from the stagnation,the local heat transfer coefficient for the oblique jet is higher than the normal jet.As regards as the mist/air jet impingement in the vicinity of grinding zone is concerned,when the jet impinging direction is consistent with the rotating direction of rotating disk,the swirl flow induced by the rotating disk could entrain more droplets to enter the jet impinging stagnation zone,which is beneficial to convective heat transfer enhancement.Furthermore,as the rotational speed of disk increases,the temperature deceases in impinging jet stagnation zone.     

车用柴油机低排放缩口燃烧系统的优化

为了定量评价低排放缩口燃烧室内的气流特性,引入了涡流强度保持性的概念。采用FIRE软件对车用直喷式柴油机低排放缩口型燃烧室内气流的空间分布及其变化规律进行了数值计算,利用计算结果并结合MATLAB软件计算了不同缩口直径燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此评价这种燃烧室的气流特性,并分析不同缩口直径对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。在此基础上,通过台架试验对比分析燃烧室内的这种涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流匹配时对柴油机性能的影响。结果表明,采用适当的低排放缩口型直喷式燃烧室结构可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流比,从而在动力性和经济性基本保持不变的条件下可有效地改善柴油机的排放特性。     

武钢连铸二冷水系统分析与改进

针对武钢连铸二冷水系统冷却效果不佳问题,对二冷水压缩空气控制系统、喷淋水控制系统和喷嘴特性等现状逐一进行分析,结果表明,由于二冷水压缩空气压力控制不稳,不能实现喷淋水、气的自由调控,以及由于喷嘴流量调节方法不当使得铸坯宽度方向上温差大,其结果导致了铸坯边角裂纹。解进方法是调整压缩空气控制方式,在支路上安装调节阀、压力检测器及流量计,优化二冷水、气配比参数,最终实现二冷水系统冷却效果的精确控制。二冷水系统改进后的效果极为显著。     

燃油锅炉配风器流动特性数值模拟研究

采用κ-ε模型,对配风器内回流区分布特性进行CFD模拟研究,以优化配风器结构,达到最优回流区分布.研究结果表明:入口角度减小,回流区尺寸减小,配风器沿程压损减小;入口速度降低,回流区尺寸减小,配风器沿程压损减小;压力增大,回流区尺寸增大,压损增大;流场温度增大,回流区增大,压损减小.     

齿型扩口对旋流燃烧器流动特性影响的研究

采用－维热膜探针多方位转动法，在径向浓淡旋流煤粉燃烧器冷模式试验台，研究了在齿型和普通型两种中心扩口下旋流煤粉燃烧器出口气流的空气动力持性，试验得到了冷态旋转射流的时均速度，湍流应力，偏斜因子的测量结果，分析测量结果可见，齿型中心扩口下中心回流区直径减小，相对回流率较普通型中心扩口增加20％，同时在中心回流区边界附近湍流脉动强度明显提高，湍流正应力提高1倍以上，湍流剪切应力提高3倍以上，在主流区湍流流瞬时速度的概率密度函数更快趋向于完全随机的高斯分布，在齿型中心扩口下，出口射流的回流强度及湍流脉动强度的提高，有利于强化煤粉气流的燃烧反应。     

F912Q柴油机喷油、燃烧、排放的多维仿真研究

利用KIVA-3V程序对F912Q风冷、直喷柴油机进行了仿真研究.仿真计算采用三维网络结构,计算区域包括进气道、进气阀、气缸、排气阀、排气道.仿真计算得到的缸内压力-时间曲线和排气污染物各成份分别与试验数据进行了对比,结果表明仿真计算可以较好地再现实际的发动机工作过程.在此基础上,利用KIVA-3V程序研究了涡流强度以及喷雾锥角对燃油喷射、蒸发和油气混合过程的影响.仿真结果表明:通过适当加大涡流比可以显著促进燃油蒸发和油气混合过程;喷雾锥角对发动机蒸发和燃烧过程有显著的影响,存在一个最佳的喷雾锥角使上述过程达到最优.