水煤浆旋流燃烧器空气动力场的数值研究

水煤浆是一种以煤代油的新型洁净环保燃料。对水煤浆旋流燃烧器的空气动力场进行了数值模拟,分别研究了一次风扩口角度、二次风扩口角度和二次风旋流强度等燃烧器结构参数对流场的影响,研究结果表明,一次风扩口角度的增加使回流区由大变小;二次风扩口角度和旋流强度的增加均使回流区增大;此类燃烧器轴向速度以"M"形分布,切向速度以"N"形分布,出口处形成一中心回流区;得到了一合理的燃烧器结构型式,该燃烧器既能保证稳定燃烧,又能有效防止结焦或结渣。研究结果为水煤浆燃烧器的设计、制造和运行提供了借鉴。     

煤粉燃烧过程中矿物质气化影响因素的模拟研究

鉴于目前国内的实验设备和测量手段，精确测量煤燃烧过程中各种矿物质的气化率还存在很大困难。该文通过建立煤中矿物质气化的数学模型，针对煤中SiO2和FeO两种成分，来探讨相关因素对它们气化率的影响，最后应用CFD软件来研究它们在600MW锅炉内的气化行为。计算结果表明：温度是煤中SiO2和FeO气化的主要影响因素，煤粒粒径和CO2浓度也会对它们有一定影响。通过与实验结果的比较，表明计算结果比较合理。     

1GW单炉膛双切圆炉内煤粉燃烧过程的数值模拟

采用计算流体力学软件PHOENICS,选择合理的数学模型,对1台1GW超超临界单炉膛双切圆炉内的煤粉燃烧过程进行数值模拟,得出了炉内主燃区各截面上的速度场以及温度分布规律。结果表明,燃烧器布置在前后墙导致主燃区下﹑中层区域炉内气流为斜椭圆形,上部区域为长轴基本平行于两侧墙的椭圆形;温度在斜椭圆长轴所指的水冷壁附近局部区域较高,形成“热角”区域,在其它主燃区的水冷壁附近温度较低,且在温度较高的水冷壁附近均存在气流刷壁现象,热态运行时易形成高温腐蚀和结渣条件;针对这一问题,改变主燃区配风方式,因此,综合考虑结渣、焦炭燃尽效果以及NO排放量这几个因素,正宝塔配风方式下的工况较优。     

周期性边界条件下二维射流冲击钛镍形状记忆合金传热的数值和实验研究

射流是一种有效的强化传热方式,随着微机械的快速发展近年来受到了广泛的关注.该文用实验和数值计算的方法研究了周期性边界条件下射流冲击形状记忆合金表面的温度场瞬态分布规律.主要分析了射流速度、喷距以及射流周期对驻点以及附壁射流区温度分布规律的影响.结果表明,射流速度越大、喷距越小、射流周期越长,形状记忆合金温度的波动范围也就越大,而且其表面温度在交变的冷热射流作用下也呈现一个明显的周期性变化规律.对比发现,表面温度波动范围完全超过了形状记忆合金的滞后温差.实验与数值计算结果吻合较好,研究结果对于以形状记忆合金作为热驱动元件的设计具有一定的指导意义.     

300MW汽轮机凝汽器喉部出口流场的三维数值模拟

为了减少占地面积,国产优化引进型300MW汽轮机将压力最低的2个低压加热器放置于凝汽器喉部,从而导致汽轮机喉部流场出现不均匀,最终导致凝汽器热负荷的不均匀。文中采用κ-ε模型并结合壁面函数法,利用SIMPLEC 算法编程,对300 MW汽轮机喉部流场进行了三维数值模拟,分析了凝汽器喉部出口流场的不均匀性和造成流场不均匀的原因。结果表明,由于内置式低压加热器的影响和凝汽器喉部棱台扩散的作用,使凝汽器喉部出口流场的速度分布产生很大的不均匀性。汽流在低压加热器两侧形成局部的高速区,并延续到喉部出口截面。同时,在低压加热器的正下方形成低速涡流区,在喉部斜壁下方也产生一定的回流,并且在靠近凝汽器入口截面的4个角处形成低速区。对该凝汽器喉部流场的三维数值模拟结果,有助于了解具有内置式低压加热器凝汽器喉部汽流的流动机理,为凝汽器喉部的设计和改造以及汽轮机的经济运行奠定一定的基础。     

蜂窝汽封和迷宫式汽封流动性能比较的数值研究

该文采用数值求解三维Navier-Stokes方程技术研究蜂窝汽封和迷宫式汽封的流动特性。采用有限体积方法离散Navier-Stokes方程，标准k-ε两方程紊流模型封闭方程组。数值求解方法采用SIMPLE算法，迎风2阶格式求解对流项，迎风1阶格式求解扩散项。数值模拟结果表明在相同的隔板前、后压力差和汽封间隙下，蜂窝汽封的泄漏量小于迷宫式汽封。同时揭示了蜂窝汽封内的泄漏流动被小蜂窝分隔成许多小涡流，使泄漏流动的动能有效地转换为热能，从而降低了泄漏量，提高了密封效果。该文的研究工作为汽轮机中进一步应用蜂窝汽封提供了理论依据和技术支撑。     

气固喷射器内气固两相流动三维数值模拟

利用拉格朗日和欧拉法相结合的三维数值模拟技术,对收缩型气固喷射器内的气固两相流动进行数值模拟研究.该文的数值模型考虑了气固两相的双向耦合作用以及颗粒碰撞.在他人研究结果的基础上,分析推导出密相气固两相流中固体颗粒运动动能与携带流体的动能之间的新的转换关联式.文中通过对气固喷射器内气固两相流流动的模拟计算,发现驱动气体在喷射器中心会形成一相对“稳定”的射流区域,而固体颗粒也存在积聚区,针对喷射器内存在固体颗粒堆积现象,本文对气固喷射器的结构设计提出了相应的改进措施.     

声波法监测炉内二维速度场冷模实验研究

该文对声波法监测锅炉炉膛内二维速度场的方法进行了冷态模型实验研究,给出了检测系统设计、硬件和软件系统及试验结果。不失一般性,这里分别进行了对称和非对称供风条件下的测量试验。为验证结果的合理性与正确性,用风速计直接测量了对称条件下的速度场,用CFD软件对对称和非对称情况分别进行了流场模拟。将其结果与声波法监测结果进行对比,三者在一定程度上吻合得较好。实验证明了声波法监测炉内烟气速度场的有效性,显示了良好的应用前景。     

基于场协同理论的圆管内插入多孔介质的数值模拟研究

应用Fluent软件对12种结构参数多孔介质换热管管内传热与流动进行了数值模拟,基于场协同理论分析了波纹管的换热效果.结果表明,管内分段插入多孔介质时,间隙相同时,插入多孔介质的长度越长换热效果越好;但综合换热效果管内完全填充多孔介质时要好于分段插入多孔介质.管内分层插入多孔介质时,当管内层插入的孔隙率为1,即内层不插入任何多孔介质时,换热效果最好.管内插入环状多孔介质时,管内插入多孔介质的厚度越大,换热效果越好.当Re<1700时,厚度为7 mm的环状多孔介质综合换热效果好.综合所研究的几种管型,5#管换热效果最好.为波纹管的强化传热研究提供了理论依据.     

油页岩颗粒孔隙结构在燃烧过程中的变化

化石燃料的燃烧特性与其孔隙结构关系密切。采用氮气等温吸附/脱附法对桦甸油页岩及其在850℃条件下燃烧所得到的焦样的孔隙结构进行了测量，并结合油页岩燃烧特性对孔隙结构变化机理进行了分析。油页岩内油母的热解和页岩灰在燃尽阶段熔融变形使得孔容积和内表面积在燃烧过程中经历了减小、增大、再减小的一个复杂变化过程。此外，页岩灰的熔融变形还使得油页岩颗粒内部的孔由均一的具有平行壁的狭缝状孔逐渐变成多形态的孔，使得孔隙分布由主要集中在中孔变成不同尺寸的孔拥有的孔容积相差不大。为提高油页岩燃烧装置的燃烧效率，适当延长油页岩颗粒在燃烧装置内停留时间的同时，更应当减小样品的颗粒尺寸。     

200MW四角切圆燃烧锅炉改造工况数值模拟

煤粉再燃是降低NOx排放的一项新技术。利用CFD软件平台，采用数值模拟方法对某电厂200MW四角切圆燃烧锅炉改造前后炉内燃烧状况进行研究。改造方案1采用空气分级，方案2在1基础上，增加细粉再燃。计算结果表明：改造后在最上面一层一次风喷口的高度区域，温度骤然下降，而CO浓度很高，形成一个相对低氧，低温的还原性气氛区域。再燃降低NOx48．9％左右。改造后煤粉燃尽率下降且燃尽所需时间也增加，降低了电厂的经济性。煤粉颗粒在炉内运动具有很大随机性，停留时间差异很大。平均而言，煤粉喷入高度越高，停留时间也越短。     

熔融碳酸盐燃料电池单体传热传质数值模拟

在分析熔融碳酸盐燃料电池性能的基础上，考虑了电池内的电化学反应、传热传质及电压－电流关系等影响因素，提出一套计算稳态条件下熔融碳酸盐燃料电池的温度与电流密度分布的数学模型。并利用它对不同气流方式（叉流、顺流和逆流等）的电池分别做了计算。计算结果对电池的运行及优化设计提供了一定的理论指导。     

多重散射对含有气体和颗粒的燃烧介质中辐射传热的影响

该文采用蒙特卡洛方法研究包括吸收性气体和具有一定浓度颗粒的燃烧环境中的辐射传热。在蒙特卡洛程序被验证之后，研究了多重散射对辐射传热的影响。定义了一个临界颗粒体积份额f^cv，作为区分单次散射区和多重散射区的分界。当颗粒云的体积份额位于单次散射区和多重散射区时，其辐射通量的变化表现出不同的行为。在单次散射区，平板的辐射通量随着离子浓度增加而剧烈增长，辐射行为受到颗粒单次散射的影响。在多重散射区，离子浓度的增加不会引起辐射通量的增长，辐射通量趋近于一个固定值，辐射行为受到气体吸收和多重散射的双重影响。     

高长宽比六角切向锅炉缺角流场试验与数值模拟

高长宽比、六角切向布置方式的锅炉与普通的四角切向布置的矩形锅炉不同，在位置结构上存在不对称性。目前，对这种不对称性对锅炉炉内流场的影响仍缺乏系统的研究。该文通过模化试验和数值模拟的方法对其空气动力场进行了分析研究，详细描述了各角燃烧器射流对中心流场和前屏气流速度偏差的影响，揭示了缺角运行方式下该结构锅炉炉内空气动力场的变化规律，并确定了一种最佳的降负荷运行方式。该研究结果为防止炉内结渣，保证锅炉的安全高效运行提供了理论和试验依据。     

流化床内煤粒燃烧过程的数值模拟

应用离散单元方法(DEM)对流化床内煤粒的运动进行了模拟。其中化学反应包括焦碳与O2、CO和CO2的异相反应及CO和O2的均相反应。碰撞颗粒传热是基于球体接触时的弹性变形的分析得到的。模拟预示了颗粒的非均匀流动结构对于加热、燃烧的煤粒热特性的影响，同时研究了煤粒大小、床温、流化速度对热特性的影响。     

切向燃烧锅炉炉膛结渣问题的研究

针对一台130t/h切向燃烧锅炉炉膛出现的结渣问题，提出一种可以消除结渣的燃烧器结构和燃烧器配风方式。数值计算结果表明，改造后的燃烧器，锅炉炉内实际切圆直径减小，炉膛温度水平降低，上二次风喷口附近水冷壁壁面O2浓度增加，都有利于抑制和消除炉膛的结渣。改造后的炉膛结渣基本消除，锅炉高负荷运行稳定性提高，数值计算结果与现场实测数据基本吻合。     

超临界变压运行直流锅炉内螺纹管螺旋管圈水冷壁的传热特性研究

在压力9~28MPa,质量流速600~1200kg/(m2s),内壁热负荷200~500kW/m2的工况范围内,研究了Φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(倾角α=19.5o)中水的传热特性。试验结果表明:在亚临界压力区,内螺纹管传热强化作用明显,有效地抑制了膜态沸腾的发生,但在近临界压力区此传热强化作用有所减弱。超临界压力区拟临界温度附近,内螺纹管内壁面与流体之间的温差较之前有所增加,但是此增幅远没有亚临界压力区发生传热后的壁温飞升幅度大。随着系统压力接近临界压力,拟临界点附近管壁与工质的温差显著增加。在超临界压力区,不同的质量流速与热负荷比例下,在大比热区内螺纹管内流体传热可能被强化也可能被恶化。在超临界压力下,由于螺旋内槽的旋流作用减弱了自然对流的影响,倾斜上升内螺纹管内壁温度的周向分布比较均匀。在高焓值区内螺纹管的周向最大温差只有10℃左右。文中提出了在考虑大比热区工质物性剧烈变化对传热影响的情况下,倾斜上升内螺纹管顶部内壁传热系数的试验关联式。     

炉膛辐射换热计算的一种改进的离散传递法

在Lockwood和Shah于1981年提出的离散传递法中，求解沿特征射线的辐射传递方程时没有将入射散射项计入。基于作者最近提出的带微小加权离散坐标格式，文中提出了一种改进的离散传递法：首先采用一个常规离散坐标系列来求解辐射强度场，然后再由此强度场向特征射线的辐射传递方程提供源函数(包括入射散射项)。这样，改进的离散传递法就可以处理有散射的多维辐射问题。最后采用2个二维测试问题对这一方法进行了验证，证明该法能适用于任何场合。