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圆周浓淡燃烧器气固两相流动特性试验及数值模拟研究

作　者: 张福成
导　师: 李争起
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 旋流燃烧器 PDA 气固两相流动数值模拟
分类号: TK223.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

为了适应更高的环保要求,尤其是对NOx排放的要求,国内引进了大量的新型低NOx燃烧器。但是我国动力用煤煤种多变、煤质差,很多燃烧器在实际应用中产生了结渣严重、低负荷稳燃性能差等一系列问题。为了解决这些问题,本文对三井巴布科克有限公司生产的新一代低NOx燃烧器——圆周浓淡燃烧器和改进的圆周浓淡燃烧器的气、固两相流动特性进行了PDA试验和数值模拟研究。PDA实验研究表明两燃烧器在距燃烧器喷口轴向距离为x/d=0.1-0.3截面均存在环形中心回流区。圆周浓淡燃烧器中心回流区出现在一二次风之间;改进的圆周浓淡燃烧器中心回流区出现在内二次风与外二次风之间。圆周浓淡燃烧器在x/d=0.1截面,回流区范围最大,回流区的径向距离为40mm≤r≤65mm,回流速度最高达到4m/s。由于圆周浓淡燃烧器的中心回流区延伸到了燃烧器喷口内部,而颗粒体积流量峰值由于结构原因,在x/d=0.1截面距回流区边界仅10mm,大量的颗粒被过早地卷入回流区,易造成烧器喷口烧坏和结渣。同时回流区卷吸的二次风,为煤粉燃烧提供了一个高温,高的氧气浓度和长的停留时间,易于NOx生成。改进的圆周浓淡燃烧器的回流区起始于燃烧器喷口外侧,在x/d=0.1截面,燃烧器中心处的颗粒体积流量峰值距回流区边界44mm,回流区内的颗粒体积流量较低,不易造成烧器喷口烧坏和结渣。燃烧器中心附近颗粒体积浓度较高,大量的煤粉富集在低氧的燃烧器中心区域,可以降低煤粉的着火热,并抑制NOx生成。用可实现的k-ε模型模拟得到的数据与实验值吻合的都比较好,表明尽管可实现的k-ε模型在模拟强旋流动中尽管具有机理上的不足,但已可以满足工程应用的精度要求,能够较好地模拟旋流燃烧器出口区域的流动特性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 旋流煤粉燃烧器  9-13
    1.2.1 旋流煤粉燃烧器的分类  9-10
    1.2.2 几种典型的旋流煤粉燃烧器  10-13
  1.3 旋流煤粉燃烧技术研究现状  13-15
  1.4 课题研究的意义和主要内容  15-16
第2章气固两相试验系统及测试方法  16-28
  2.1 气固两相试验台本体  16-18
    2.1.1 近似模化  16-17
    2.1.2 试验台本体  17-18
  2.2 PDA 测量系统及原理  18-27
    2.2.1 PDA 测量系统  18-20
    2.2.2 PDA 测量原理  20-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章燃烧器气固两相流动特性PDA 实验研究  28-50
  3.1 圆周浓淡燃烧器流动特性研究  28-40
    3.1.1 燃烧器结构以及试验参数  28-29
    3.1.2 试验结果及分析  29-40
  3.2 改进的圆周浓淡燃烧器流动特性研究  40-48
    3.2.1 燃烧器结构及试验参数  40-41
    3.2.2 试验结果及分析  41-48
  3.3 本章小结  48-50
第4章燃烧器气固两相流动特性数值模拟研究  50-65
  4.1 燃烧器气固两相模拟数学模型和计算方法  50-55
    4.1.1 气相湍流模型  50-52
    4.1.2 气固两相湍流模型  52-55
  4.2 计算域与网格划分  55
  4.3 边界条件  55-57
  4.4 计算结果  57-64
    4.4.1 燃烧器出口流场  57-59
    4.4.2 气相轴向速度分布规律  59-61
    4.4.3 气相径向速度分布规律  61-62
    4.4.4 气相切向速度分布规律  62-64
  4.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-76
致谢  76

圆周浓淡燃烧器气固两相流动特性试验及数值模拟研究

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