学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

文丘里浓淡分离燃烧器的数值模拟与实验研究

作　者: 林震
导　师: 周志军；周俊虎
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 文丘里浓淡分离数值模拟 Spalart-Allmaras湍流模型低雷诺数近壁区速度分布阻力
分类号: TK223.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 173次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文主要通过数值模拟和模化实验的方法，来研究文丘里浓淡分离燃烧器的分离特性和阻力特性。研究工作主要有以下几个方面：首先对国内外在浓淡分离燃烧器和燃烧器内外的气固两相流方面的研究工作作详细的评述，提出本文在相关方面开展研究的特点。其次，对文丘里浓淡分离燃烧器阻力特性的研究也就是在研究湍流流动阻力的问题，这也是众多工程问题的关注热点。本文基于Fluent软件平台，通过比较多种不同湍流模型在计算水利光滑／粗糙圆形管道内湍流流动阻力上的优劣，寻找最适合流动阻力计算的湍流模型及计算方法。将各个湍流模型的计算结果与尼古拉茨实验结果比较发现：对于处于水利光滑区的管流，不能计入管壁粗糙度的影响，应采用低雷诺数湍流模型——特别是Spalart—Allmaras湍流模型，这些低雷诺数湍流模型在细化壁面附近的网格后，计算结果和实验结果吻合得很好：而对于处在水利粗糙区的管流，则必须考虑管壁粗糙度的影响，这样，计算结果才可以达到足够的精度。另外研究还得到其他一些重要的结论：无论圆管内流动形式是层流还是湍流(处于水利光滑区)，流动阻力的大小都由壁面附近的速度分布(管道各横截面处速度轮廓线)决定。在管道结构尺寸相同的情况下，壁面处轴向速度沿径向的速度梯度越大，流动阻力也越大。一个湍流模型能否很好的计算出光滑／粗糙管的流动阻力，关键在于该湍流模型能否很好的模拟近壁区的流动状态，特别是它能否很好的模拟出近壁区的速度轮廓。再次，通过数值模拟来研究文丘里浓淡煤粉燃烧器的分离特性和阻力特性与文丘里管结构尺寸的关系。研究发现：选择合适的喉口直径、喉口段长度、稳定段长度、收缩段角度和扩展段角度，是文丘里浓淡分离燃烧器具有良好的阻力特性和分离效果的重要保证。该研究为更好的设计新型的浓淡分离燃烧器提供理论依据。最后，通过模化试验得到该新型的浓淡分离燃烧器的分离特性和阻力特性，并将试验结果与数值模拟结果比较分析。本文的研究结果，为更好的应用数值模拟的方法来研究湍流流动阻力问题提供了有价值的参考，也为设计和应用新型的浓淡分离燃烧器提供理论和实践的依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-35
  1.1 浓淡分离燃烧的研究背景  10-11
  1.2 浓淡分离燃烧的原理及作用  11-12
  1.3 浓淡分离燃烧的发展现状  12-16
    1.3.1 日本三菱重工PM型直流燃烧器  12
    1.3.2 美国CE公司WR型直流燃烧器  12-13
    1.3.3 撞击式浓淡煤粉分离器  13-14
    1.3.4 百叶窗式浓淡煤粉分离器  14-15
    1.3.5 鳍片式浓淡煤粉分离器  15
    1.3.6 弯管式浓淡煤粉分离器  15
    1.3.7 其他浓淡煤粉分离器  15-16
  1.4 研究方法  16-31
    1.4.1 气固两相流研究现状  16-18
    1.4.2 气固两相流的模化试验方法  18-23
    1.4.3 气固两相流的数值模拟方法  23-31
  1.5 本文研究的主要内容  31
  参考文献  31-35
第二章水利光滑管内湍流流动阻力计算  35-53
  2.1 引言  35
  2.2 尼古拉茨实验  35-36
  2.3 湍流模型  36-43
    2.3.1 Spalart-Allmaras湍流模型  38-39
    2.3.2 SST k-ω湍流模型  39-40
    2.3.3 标准／修正k-ε湍流模型  40-41
    2.3.4 修正RNG湍流模型  41-43
    2.3.5 修正RSM湍流模型  43
  2.4 数值研究的方法  43-44
    2.4.1 物理模型  43
    2.4.2 边界条件  43-44
    2.4.3 网格划分  44
  2.5 各湍流模型计算结果与尼古拉茨实验结果的比较  44-46
  2.6 分析原因  46-49
  2.7 本章小结  49-50
  参考文献  50-53
第三章粗糙管内湍流流动阻力计算  53-64
  3.1 引言  53-54
  3.2 沿程阻力系数的确定  54-56
  3.3 数值研究的方法  56-57
    3.3.1 物理模型  56-57
    3.3.2 湍流模型及网格划分  57
    3.3.3 边界条件  57
  3.4 各湍流模型计算结果与尼古拉茨实验的比较分析  57-59
  3.5 分析原因  59-61
  3.6 本章小结  61-62
  参考文献  62-64
第四章文丘里浓淡分离燃烧器的优化设计  64-80
  4.1 引言  64-65
  4.2 物理模型  65-67
  4.3 数学模型  67-71
    4.3.1 气相流动的数学模型  67-68
    4.3.2 颗粒相流动的数学模型  68
    4.3.3 数值算法和SIMPLE算法  68-71
  4.4 数值模拟结果分析  71-76
    4.4.1 喉口直径对文丘里特性指标的影响  72-73
    4.4.2 喉口段长度对文丘里特性指标的影响  73-74
    4.4.3 稳定段长度对文丘里特性指标的影响  74-75
    4.4.4 收缩段角度对文丘里特性指标的影响  75-76
    4.4.5 扩展段角度对文丘里特性指标的影响  76
  4.5 本章小结  76-77
  参考文献  77-80
第五章文丘里浓淡分离器的试验研究  80-102
  5.1 引言  80
  5.2 测量系统  80-84
    5.2.1 测量原理  80-83
    5.2.2 测量设备  83-84
  5.3 试验系统  84-85
  5.4 试验前准备工作  85-89
    5.4.1 确定试验工况  85-87
    5.4.2 标定风速  87-88
    5.4.3 测点布置  88-89
  5.5 气体单相流试验  89-92
    5.5.1 试验结果  89
    5.5.2 数值计算结果  89-91
    5.5.3 分析讨论  91-92
  5.6 气固两相流试验  92-100
    5.6.1 试验结果  92-93
    5.6.2 数值计算结果  93-94
    5.6.3 分析讨论  94-100
  5.7 本章小结  100-101
  参考文献  101-102
第六章全文总结和工作展望  102-104
  6.1 全文总结  102
  6.2 本文的创新点  102-103
  6.2 今后的工作展望  103-104
附录  104-105
致谢  105

文丘里浓淡分离燃烧器的数值模拟与实验研究

内容摘要

全文目录

相似论文