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基于航空洁净燃烧概念的双旋流预燃室的数值模拟

作　者: 李校培
导　师: 唐豪
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 预燃室 低尘 双旋流 气固两相流动
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


现有的工业炉窑燃烧设备很大一部分采用油作为燃料,近年来油价的不断攀升,掀起了以煤代油为目的的一场设备改革。其中液排渣燃烧装置以其结构简单紧凑、燃料适应性强等优点被重新提了出来,但是现有的液排渣燃烧器存在燃烧效率低,结渣情况严重,氮氧化物含量高等缺点。基于航空洁净燃烧概念的双旋流煤粉预燃室在这个背景下被提出。航空先进燃烧技术中的双环预混预燃室所采用的双旋流、分区燃烧等概念被运用到工业炉窑预燃室设计中:煤粉在内外两股旋转气流的作用下,以强旋流的形式在燃烧器内燃烧,一方面增强掺混,另一方面提高反应物在预燃室内的停留时间,从而提高燃烧效率和煤粉燃尽率。分区燃烧的概念主要体现在预燃室内以二次风进口为分界,着火段和燃烧段被区分开,拟达到提前快速稳定着火和降低氮氧化物的目的,最后进入炉膛的是高温清洁的火焰。进气方案确定后,通过回流区、速度分布、颗粒轨迹的分析,证实了该结构下的预燃室能够产生理想的回流效果以及合理的旋流场,具有良好的流场特性。进一步研究了旋流器叶片偏转角、煤粉颗粒的粒径、一、二次风流量比以及总流量对冷态结果的影响,并进行了初步的热态计算,为以后的热态计算和实验奠定了一定的基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
图、表清单  8-10
注释表  10-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 液态排渣煤粉燃烧技术研究现状  12-13
  1.3 煤粉燃烧数值模拟研究现状  13-19
    1.3.1 煤粉燃烧数值模拟的意义和内容  13-14
    1.3.2 数值模拟模型简介  14-19
    1.3.3 液态排渣煤粉燃烧数值模拟中主要存在的问题  19
  1.4 研究内容  19-21
第二章 进气方式方案选定  21-33
  2.1 进气方案  21-23
  2.2 混合进气模型研究  23-26
    2.2.1 混合进气模型初步计算  23-24
    2.2.2 混合进气改进模型计算  24-26
  2.3 轴向进气模型研究  26-32
    2.3.1 轴向进气模型建立  26-28
    2.3.2 轴向进气计算结果及分析  28-32
  2.4 进气方案结论  32-33
第三章 叶片偏转角和煤粉颗粒粒径对流场的影响  33-47
  3.1 计算模型  33-34
    3.1.1 数值方法  33
    3.1.2 计算对象  33-34
  3.2 气体单相计算结果与分析  34-39
    3.2.1 回流区分布  34-36
    3.2.2 轴向速度分布  36-38
    3.2.3 切向速度分布  38-39
  3.3 气固两相计算结果与分析  39-47
    3.3.1 煤粉颗粒运动轨迹  39-45
    3.3.2 煤粉颗粒附壁前在流场内的停留时间  45-47
第四章 流量比和总流量对流场的影响  47-53
  4.1 模型建立  47-48
  4.2 流量比对流场的影响  48-50
    4.2.1 流量比对轴向速度的影响  48-49
    4.2.2 流量比对切向速度的影响  49-50
  4.3 总流量对流场的影响  50-53
    4.3.1 总流量对轴向速度的影响  51-52
    4.3.2 总流量对切向速度的影响  52-53
第五章 煤粉低尘双旋流燃烧器热态特性数值模拟  53-61
  5.1 数学模型  55-57
    5.1.1 气相湍流模型  55
    5.1.2 颗粒运动模型  55-56
    5.1.3 煤粉热解模型  56
    5.1.4 焦炭燃烧模型  56
    5.1.5 湍流燃烧模型  56-57
    5.1.6 辐射模型  57
    5.1.7 NOX 生成模型  57
  5.2 计算对象及方法  57-58
    5.2.1 计算对象  57
    5.2.2 数值方法  57-58
    5.2.3 边界条件  58
  5.3 计算结果分析  58-61
第六章 总结与展望  61-63
  6.1 本论文主要研究结果及结论  61-62
  6.2 下阶段工作展望  62-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
在学期间的研究成果及发表的学术论文  66

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 燃料与燃烧
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