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中心回燃式燃烧室燃烧特性研究

作　者: 黄清伟
导　师: 王怀彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: 中心回燃燃烧室数值模拟优化实验
分类号: TK223.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

中心回燃式燃烧室与其他燃油锅壳锅炉燃烧室相比具有燃烧室内温度分布均匀、氮氧化物生成低、燃烧效率高、拉撑管和拉撑板的受力比较合理、制造工艺简单及结构紧凑等优点,因此是目前中小型燃油锅炉燃烧室发展的一个新方向。国内对于中心回燃式燃烧室多数是模仿国外炉型制造,尚无理想的计算方法,缺乏设计依据,严重制约了中心回燃式燃油锅炉进一步推广应用。利用计算机对燃烧过程进行数值模拟,根据质量、动量和能量守恒的基本方程综合考虑燃烧室内的燃烧、气流流动及换热,对燃烧室内的燃烧和流动过程进行分析,把燃烧理论、实验和燃烧器设计三者有机地结合起来,开辟了用燃烧理论直接指导实验和设计工作的途径,可为燃烧室的设计提供强有力的支持。对实验室内所使用的燃烧设备进行抽象、简化,建立计算采用的几何模型,用Fluent6.2对燃烧室内燃油的雾化燃烧过程进行数值模拟,分析了不同燃烧室长径比和喷嘴型号对燃油喷雾燃烧特性的影响。通过数值模拟,得出了燃烧室在不同长径比和喷嘴型号下工作时的温度场、流场、燃烧效率和出口烟气的平均温度。经过分析,对燃烧室结构进行了优化。为了验证优化后燃烧室结构的合理性,对优化后燃烧室采用相同的条件进行数值仿真计算,得到优化后燃烧室的温度场、流场、燃烧效率和出口氮氧化物的排放。对比优化后燃烧室与原燃烧室的参数,结果表明:在边界条件保持不变的条件下,优化后的燃烧室内温度分布均匀,出口烟温降低,燃烧效率增加,氮氧化物减少,说明优化后燃烧室的结构更加合理,而且达到了体积减小,质量减轻的优化目的。最后根据优化结果,在一台中心回燃式燃烧室上测量了轴向和径向温度分布、燃烧效率和出口氮氧化物的浓度,数值模拟结果与试验数据比较表明二者吻合较好。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-20
  1.1 课题背景  8-12
    1.1.1 发展中心回燃式锅炉的重要意义  8-9
    1.1.2 数值模拟的重要意义  9-12
  1.2 国内外发展状况  12-18
    1.2.1 国内外中心回燃式锅炉发展综述  12
    1.2.2 燃烧室热力计算发展综述  12-15
    1.2.3 湍流燃烧发展综述  15-18
  1.3 本文主要研究内容  18-20
第2章燃烧室燃烧的数学物理模型  20-38
  2.1 燃烧室模型的建立  20-21
  2.2 控制方程  21-24
    2.2.1 气相控制方程  21-22
    2.2.2 液相控制方程  22-24
  2.3 物理模型  24-36
    2.3.1 湍流模型  24-26
    2.3.2 组分模型  26-30
    2.3.3 离散相模型  30-34
    2.3.4 辐射模型  34-36
  2.4 边界条件  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章数值模拟结果与分析  38-49
  3.1 燃烧室数值模拟结果  38-45
    3.1.1 不同长径比下燃烧室的温度场  38-39
    3.1.2 不同长径比下燃烧室的速度场  39-40
    3.1.3 不同长径比下燃烧室的NOx浓度分布  40-41
    3.1.4 不同喷嘴型号时燃烧室内速度场  41-42
    3.1.5 燃烧效率  42-43
    3.1.6 结果分析  43-45
  3.2 燃烧室优化设计  45-47
    3.2.1 原燃烧室与优化后燃烧室温度对比  46
    3.2.2 原燃烧室与优化后燃烧室速度对比  46
    3.2.3 燃烧效率对比  46-47
  3.3 本章小结  47-49
第4章实验验证  49-60
  4.1 实验目的  49
  4.2 实验方案简介  49-52
    4.2.1 实验设备的主要设计参数  49-51
    4.2.2 实验测点布置  51-52
  4.3 实验结果和数值计算结果对比分析  52-59
    4.3.1 实验结果和数值结果对比  52-57
    4.3.2 实验结果和数值结果分析  57-58
    4.3.3 优化结果的实验验证  58-59
  4.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-67
致谢  67

中心回燃式燃烧室燃烧特性研究

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