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循环流化床锅炉二次风射流轨迹及其影响的数值模拟和实验研究

作　者: 曹昊
导　师: 缪正清
学　校: 上海交通大学
专　业: 热能工程
关键词: 循环流化床二次风射流轨迹理论模型试验研究
分类号: TK229.66
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

循环流化床(CFB)燃烧技术是目前最重要的清洁煤燃烧技术之一,近年来在我国取得迅猛发展。但当前设计的循环流化床锅炉中二次风的穿透能力普遍不足,导致燃烧效率不高,制约流化床燃烧技术进一步发展和推广。因此研究二次风在炉膛内的传播轨迹、扩散规律,并以此来指导二次风喷口结构设计以及风速参数的选取显得非常重要。本文通过数值模拟和实验研究的方法,对循环流化床锅炉内二次风射流的射程、轨迹、及其对炉内气固流场的影响进行了研究。第二章着重介绍了数值模拟中各种理论模型,讨论、分析了各自的利弊,最终确定研究所用气-固两相流动的数学模型。第三章采用数值计算软件对循环流化床锅炉炉膛进行数值模拟,研究相关运行参数对二次风穿透性和气固两相混合的影响;得出二次风穿透深度与喷口直径、射流速度成正比,与炉内颗粒浓度、颗粒密度和直径成反比的结论。模拟结果同时表明:一二次风的射流温度。喷口位置等对射流深度也都有影响。第四章从质量传递与动量传递出发,采用简化的物理模型研究了射流垂直进入横向来流的流动和传质问题,建立了二次风射流轨迹的物理模型,获得了射流动量中心轨迹的微分方程以及沿程质量流率变化规律;同时搭建了模型试验台,获得了理论模型中射流与环境流间质量交换系数。理论模型对射流轨迹的预测与实验结果符合得较好。第五章主要探讨了循环流化床锅炉中二次风对炉内动力场和锅炉安全经济性的影响,着重讨论了二次风速以及一二次风配比对炉内气固混合,环-核结构,气体和颗粒速度,气体和颗粒浓度分布,以及相对磨损量的关系,并在此基础上分析二次风量的分配以及喷口分布等对炉内气固混合的影响。模拟结果可以为大型循环流化床锅炉的设计和运行提供理论参考

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-14
    1.1.1 循环流化床锅炉技术特点  8-10
    1.1.2 循环流化床国内外的发展现状  10-12
    1.1.3 循环流化床锅炉发展趋势  12-14
  1.2 循环流化床锅炉二次风的研究现状  14-17
    1.2.1 二次风结构布置及作用  14
    1.2.2 二次风射流的穿透深度研究  14-16
    1.2.3 循环流化床锅炉二次风的数值模拟  16-17
  1.3 本文研究的内容  17-18
第二章气固两相流数值模型及研究方法  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 数值模拟研究方法  18-25
    2.2.1 鼓泡床模型、拟流体模型和颗粒轨道模型  18-19
    2.2.2 多流体模型  19-21
    2.2.3 Eularian 模型的建立  21-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章二次风射程相关影响因素的数值模拟  26-40
  3.1 前言  26
  3.2 模拟条件  26-28
    3.2.1 锅炉简介及网格划分和初始条件  26-27
    3.2.2 射程定义  27-28
  3.3 计算结果及分析  28-39
    3.3.1 喷口位置对射流深度的影响  28-29
    3.3.2 主气流速度对射流深度的影响  29-30
    3.3.3 射流动量对射流深度的影响  30-31
    3.3.4 颗粒浓度对射流深度的影响  31-33
    3.3.5 温度对射流深度的影响  33-35
    3.3.6 颗粒物性对射流深度的影响  35-37
    3.3.7 射流角度对射流深度的影响  37-38
    3.3.8 改善措施讨论  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章二次风射流轨迹的理论模型与实验研究  40-60
  4.1 前言  40
  4.2 二次风射流轨迹的理论模型  40-45
    4.2.1 物理模型  40-41
    4.2.2 理论推导  41-45
  4.3 射流轨迹的理论解与实验验证  45-51
    4.3.1 循环流化床冷态实验台  45-47
    4.3.2 测量装置与方法  47-49
    4.3.3 实验现象与数据  49-51
  4.4 射流轨迹理论模型的实验验证  51-59
    4.4.1 射流与气体质量交换系数Ca 的确定  52-54
    4.4.2 射流与固体颗粒质量交换系数Cs 的确定  54-59
    4.4.3 误差分析  59
  4.5 本章小结  59-60
第五章二次风射流对炉内动力场的影响  60-80
  5.1 前言  60
  5.2 二次风射流炉膛空气动力场的影响  60-72
    5.2.1 模型建立  60-61
    5.2.2 二次风对炉内气固两相混合特性的影响  61-63
    5.2.3 二次风对环-核结构的影响  63-65
    5.2.4 二次风对颗粒速度的影响  65-69
    5.2.5 二次风对颗粒浓度的影响  69-72
  5.3 二次风对磨损的影响  72-77
    5.3.1 不同一二次风配比的比较  73-75
    5.3.2 不同上下二次风比例的比较  75-76
    5.3.3 不同前后二次风比例的比较  76-77
  5.4 二次风对燃烧的影响  77-78
  5.5 二次风调整对CFB 锅炉安全经济性影响  78-79
  5.6 本章小结  79-80
结论与展望  80-81
参考文献  81-84
致谢  84-87
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循环流化床锅炉二次风射流轨迹及其影响的数值模拟和实验研究

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