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乙烯裂解炉及燃烧器喷嘴的CFD模拟研究

作　者: 贾燕子
导　师: 卫宏远
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 乙烯裂解炉 喷嘴 计算流体力学 燃烧模型 辐射模型 有限速率/涡耗散模型
分类号: TQ221.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 132次
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内容摘要


裂解炉是乙烯生产装置的核心部分,燃烧器产生热量,是裂解炉的最重要组成部分。通过计算机技术建立数学模型,采用数值计算方法模拟裂解炉内所发生的各种过程,可以在少量的实验基础上获得大量的数据,为提高裂解技术提供必要的信息。本文按照从简单到复杂的规律开展研究,选择单个喷嘴为研究对象,以GAMBIT和FLUENT软件为平台,结合实际工业过程,选取适当的数学模型来描述计算域内所发生的燃料燃烧、烟气流动等过程和组分分布。首先采用GAMBIT软件建立计算域几何模型,并对计算域进行网格划分,建立数学模型,选择离散化方法。之后,在忽略辐射传热的前提下,应用FLUENT计算软件进行求解,分别采用ED模型、EDC模型、有限速率/涡耗散模型、非预混燃烧模型和组分PDF输运模型进行计算,对这五种燃烧模型的数值模拟结果进行对比分析,得出最适合于实际情况的燃烧模型为有限速率/涡耗散模型。选定燃烧模型后,本文考查了速度和计算域对燃烧结果的影响。采用有限速率/涡耗散燃烧模型,忽略辐射传热,考察了不同的燃料气进口速度(50m/s、100m/s、200m/s、300m/s及409m/s)对燃烧结果的影响;同时,把计算域沿X方向各向左右延伸0.5m,考查了计算域对燃烧结果的影响。最后,结合实际工业条件,选取两种比较适合本文工业条件的辐射模型,即:P-1辐射模型和DO辐射模型,考察辐射对燃烧结果的影响。对所得结果进行比较分析表明:虽然湍流反应速率仍为主要影响因素,但是加入辐射模型后,化学反应和辐射间的相互作用变得重要了,而且对于不同的辐射模型有不同的地位和作用。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 前言  9-11
  1.1 研究背景、目标、意义及挑战  9-10
  1.2 论文内容  10-11
第二章 文献综述  11-32
  2.1 计算流体力学介绍  11-18
    2.1.1 计算流体力学的发展  11
    2.1.2 计算流体力学在燃烧中的应用  11-16
    2.1.3 计算流体力学的求解过程  16-18
  2.2 燃烧机理与燃烧模型  18-23
    2.2.1 燃烧机理  18-19
    2.2.2 燃烧模型  19-23
  2.3 辐射传热模型  23-32
    2.3.1 经验法  24
    2.3.2 零维模型  24-25
    2.3.3 多维模型  25-27
    2.3.4 P-1 辐射模型  27
    2.3.5 Rosseland 辐射模型  27-28
    2.3.6 离散坐标法（Discrete Ordinate Method）  28-29
    2.3.7 有限体积法  29
    2.3.8 球形谐波法  29-30
    2.3.9 小结  30-32
第三章 计算域与计算方法  32-36
  3.1 计算域几何形状及其边界条件  32-34
  3.2 计算域网格划分  34-35
  3.3 数学模型的建立  35
  3.4 离散化方法  35-36
第四章 燃烧模型的选取  36-53
  4.1 冷模实验结果  36-38
  4.2 燃烧实验结果  38-40
    4.2.1 ED 模型计算结果  38
    4.2.2 EDC 模型计算结果  38-39
    4.2.3 有限速率/涡耗散模型计算结果  39
    4.2.4 非预混燃烧模型计算结果  39
    4.2.5 组分PDF 输运模型计算结果  39-40
  4.3 燃烧结果比较分析  40-51
    4.3.1 计算域烟气速度分布  40-44
    4.3.2 计算域烟气温度分布  44-47
    4.3.3 烟气组成分布  47-51
  4.4 小结  51-53
第五章 速度和计算域对燃烧结果的影响  53-71
  5.1 速度对燃烧结果的影响  53-59
  5.2 计算域对燃烧结果的影响  59-70
    5.2.1 计算域扩大前后烟气速度分布对比  60-63
    5.2.2 计算域扩大前后烟气温度分布对比  63-66
    5.2.3 烟气组成分布  66-70
  5.3 小结  70-71
第六章 辐射模型对燃烧结果的影响  71-84
  6.1 P-1 辐射模型计算结果  71
  6.2 离散坐标辐射模型计算结果  71-72
  6.3 模拟结果比较分析  72-82
    6.3.1 计算域烟气速度分布  72-74
    6.3.2 计算域烟气温度分布  74-78
    6.3.3 烟气组成分布  78-82
  6.4 小结  82-84
第七章 结论与建议  84-86
  7.1 结论  84-85
  7.2 建议  85-86
参考文献  86-91
符号说明  91-94
致谢  94

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 脂肪族化合物（无环化合物）的生产 > 脂肪族烃 > 不饱和脂烃 > 单烯烃 > 乙烯
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