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增压锅炉流动与燃烧的数值模拟

作　者: 孙世芳
导　师: 姚寿广
学　校: 江苏科技大学
专　业: 轮机工程
关键词: 增压锅炉数值模拟旋流燃烧器速度场温度场
分类号: TK221
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

增压燃油锅炉的技术优势在于重量轻、体积小、输出功率大,目前是大型水面舰艇用主动力系统之一------蒸汽动力系统中锅炉发展的首选装置,因此对舰用增压锅炉的研究具有重要的战略意义。增压锅炉炉内压缩空气的湍流流动和燃油的燃烧是一个复杂的过程,通过数值模拟计算可以降低设计制造成本,提高实验的效率,减少设计的错误和重复。本文借助商业CFD软件Fluent对增压锅炉炉内流动和燃烧过程进行数值模拟计算。通过对锅炉炉膛内冷态流场进行的数值模拟,得出了锅炉燃烧器和炉膛内部空气流场,分析了其轴向速度和切向速度在炉内空间的变化情况,同时对比了燃烧器不同的结构参数对压缩空气流场中回流区的影响,通过对比分析回流区对燃油燃烧流场的影响,得出了利于燃烧流场适宜的结构参数;在对锅炉热态过程的数值模拟计算中,得出了炉内的温度场、浓度场,总结了它们的分布规律,在对锅炉不同工况下的燃烧流场进行了模拟,得出炉膛最高温度、烟气温度及火焰位置变化关系,同时通过数值模拟得出了对冲布置的两燃烧器之间的适宜距离。通过以上的分析,为今后该型锅炉的控制、维护及改进提供一些有参考价值的依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
CONTENTS  9-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题的背景、意义  11-12
  1.2 湍流流动与燃烧的数值模拟综述  12-17
    1.2.1 气相湍流流动的数值模拟  13-14
    1.2.2 多相流动模型  14
    1.2.3 两相湍流燃烧数值模拟分析  14-17
  1.3 课题的任务  17-19
第2章 CFD 数值模拟方法  19-26
  2.1 CFD 概述  19
  2.2 数值模拟计算软件  19-21
  2.3 数值模拟  21-25
    2.3.1 数学模型的选取  21
    2.3.2 求解方法  21-23
    2.3.3 设置求解控制参数  23-24
    2.3.4 收敛判定标准  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章气液两相流动与燃烧的数值模拟  26-43
  3.1 增压锅炉的物理模型  26-31
    3.1.1 设备特点及简化  26-29
    3.1.2 设备的简化  29-31
  3.2 实体网格划分  31-32
  3.3 数学模型的选取  32-41
    3.3.1 旋流强度  32-34
    3.3.2 湍流数学模型  34-35
    3.3.3 燃油液滴的运动方程  35-36
    3.3.4 湍流燃烧模型  36-39
    3.3.5 辐射传热  39-41
  3.4 边界条件的处理  41-42
    3.4.1 气相方程边界条件  41-42
    3.4.2 液相方程边界条件  42
  3.5 本章小结  42-43
第4章冷态流场的数值模拟与结果分析  43-57
  4.1 模型验证  43
  4.2 炉膛内压缩空气的动力特征  43-56
    4.2.1 冷态额定工况下计算结果  45-52
    4.2.2 结构参数的变化对流场的影响  52-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章热态场的数值模拟与结果分析  57-69
  5.1 燃料参数  57
  5.2 模型的验证  57-58
  5.3 燃油雾化数值模拟  58-60
  5.4 热态数值仿真结果  60-64
    5.4.1 温度场分析  60-63
    5.4.2 浓度场分析  63-64
  5.5 变负荷炉膛热态特性分析  64-66
  5.6 对冲布置的两燃烧器间距位置  66-68
  5.7 本章小结  68-69
第6章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69
  6.2 展望  69-71
参考文献  71-74
攻读学位期间发表的学术论文  74-75
致谢  75-76
详细摘要  76-80

增压锅炉流动与燃烧的数值模拟

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