等离子发生器燃烧流场的数值模拟

采用漩涡破碎(EBU)燃烧模型、κ-ε双方程湍流模型及SIMPLEC算法对等离子发生器内部的燃烧流场进行了数值模拟,得到温度场、压力场以及湍流脉动动能、湍流平均动能耗散率等参数分布图。     

PaSR湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟

采用PaSR湍流燃烧模型对湍流燃烧研究中典型的甲烷湍流射流火焰进行了数值模拟.计算采用简化的化学反应机理,并将计算得到的平均温度场、速度场和各组分的分布与相应的权威实验数据进行了对比.对反应系统中流动和燃烧的不同时间尺度以及二者之间的关系作了探讨.计算结果表明,PaSR模型能够很好地模拟燃烧过程中流场和组分的变化.在火...     

脉动频率对低浓度瓦斯脉动燃烧影响的试验分析

脉动燃烧是低浓度瓦斯的有效利用方式,利用试验的方法分析了脉动频率对低浓度瓦斯燃烧的影响.试验结果发现；频率为99 Hz至120 Hz之间的脉动燃烧不仅可以降低贫燃极限,实现瓦斯在5%浓度下稳定而充分的燃烧,而且在相同温度下提高了瓦斯燃烧效率,污染物的排放也得到了改善.     

旋流燃烧室内煤粉多相湍流流动与燃烧的数值模拟

提出了考虑湍流-颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型,以此为基础建立煤粉燃烧综合理论模型并应用于旋流燃烧室内煤粉多相湍流流动与燃烧的数值模拟.模拟结果给出了气相温度场、速度场与温度脉动均方根值分布、颗粒相温度场、速度场与表观密度场以及颗粒瞬时温度与质量随时间的变化.研究表明,考虑湍流-颗粒反应相互作用对气相与颗粒相温度场的模拟结果有一定的影响,使气相温度分布与实验数据更为接近.     

多流体模型在燃气轮机燃烧室三维反应流中的应用

对一种模型燃气轮机燃烧室中的三维反应流进行了数值模拟，模型燃烧室的燃料是CH4，燃烧类型是预混燃烧，在数值模拟过程中，采用了Spalding于1995年提出来的多流体模型来对燃烧室中的湍流预混燃烧进行了数值模拟，在数值模拟过程中考虑了辐射问题，采用了六通量辐射模型。通过数值模拟给出了速度，压力，湍流脉动动能，湍流动能耗散率，焓值，湍流粘度，温度，密度，燃烧产物质量分数，氧的质量分数，燃料/空气混合比，燃料质量分数，空间三个方向的辐射热通量以及各种流体的质量分数等变量的分布情况，此外，还采用传统的旋涡破碎模型对此燃烧室进行了数值模拟，并对两种方法的结果进行了分析比较，由分析可以看出多流体模型的结果接近于实际情况，对模型燃烧室进行三维反应流数值模拟的工作为今后对实际燃烧室反应流的数值模拟打下了一定的基础。     

分级进风旋流燃烧室内湍流燃烧的数值模拟

应用考虑湍流-化学反应相互作用的代数二阶矩-概率密度函数(PDF)湍流燃烧模型,对分级进风旋流燃烧室内两组工况下的甲烷湍流燃烧进行了数值模拟,得到的二氧化碳浓度和气体轴向脉动速度均方根值分布与实验数据相符合,得到的气体轴向和切向速度、轴向一切向脉动速度关联量、温度和氧气浓度分布与实验数据基本相符合.研究结果表明,选取适当的二次风率可以起到优化燃烧过程的作用.     

煤粉复合旋流火焰燃烧特性研究（2）：数值模拟

本文数值模拟了煤粉旋流火焰燃烧过程，燃烧数值计算包括理论物理模型建立，数值方法两个大部分，计算模型处理了气相湍流与燃烧、气固两相流动、煤颗粒燃烧过程和辐射传热等物理化学过程，以ｋ－ε模型模拟湍流流动；ＰＤＦ法模拟气相扩散火焰燃烧；颗粒运动计算颗粒运动少颗粒湍流浓度方程模拟颗粒湍流扩散；通量法计算火焰辐射传热，煤粉颗粒复杂燃烧模型计算了颗粒尺寸、形状变化和颗粒孔隙内部燃烧、表面平度对整个颗粒的燃烧过程影响。计算获得了气相速度分布场、气相ｋ和ε分布场、气相温度场、气相组份场和颗粒浓度场及运动过程，揭示了煤粉复合旋流燃烧特性。     

燃气镁合金熔化炉内气相燃烧过程的三维数值模拟

对燃气镁合金熔化炉内的三维湍流气相燃烧场特性进行了数值模拟,湍流模型采用了标准k-ε双方程模型,湍流燃烧采用有限速率/涡耗散模型,辐射换热P1模型,数值方法采用SIMPLE算法,实现了燃烧过程的数值再现,特别考察了烧嘴位置和入口流量速度因素对炉内温度场和流动场的影响,并为熔化炉的结构设计提供了一些合理化建议,为其实际运行提供了有益的参考价值。     

浮力对湍流旋流火焰影响的数值模拟

采用浮力修正的k-ε湍流模型和涡团耗散（EDC）湍流燃烧模型,对旋流燃烧室内具有不同初始切向动量或旋流数的受浮力作用的甲烷湍流火焰进行了数值模拟,得到三组工况下的气体温度场、组分体积分数场、速度场和湍流脉动特性的分布,并与试验测量数据进行了比较.结果表明：浮力对初始切向动量或旋流数较高的湍流火焰有更强的影响.     

受浮力作用的湍流扩散火焰的数值模拟

应用浮力修正的k-ε模型和EDC湍流燃烧模型对旋流燃烧室内具有较低燃料/空气初始动量的甲烷湍流扩散火焰进行了数值模拟，得到了两组工况下的气体时均速度场、温度场、组分浓度场和湍流脉动速度均方根值分布等．并与实验数据进行了比较，二者基本相符．同时，还将计算结果与标准k-ε模型的模拟结果进行了对比，揭示了浮力对具有较低初始动量的湍流扩散火焰的影响．     

低浓度瓦斯脉动燃烧烟气分析研究

建立低浓度瓦斯与脉动燃烧技术相结合的试验台;阐述试验台的设计和工作流程并开展实验研究,重点分析烟气中NO_x生成量的影响因素。结果表明,脉动燃烧大大降低了烟气中产生量。     

Thermodynamic analysis of a pulse combustion system and its application to gas turbines

The study describes a special construction of a pulsating self-compressing combustion system, which gives nearly constant in- and outflows of gas, and its use in connection with gas turbine power stations. The main idea of the self-compressing combustion chamber is that the pressure at the outflow after combustion is higher than that at the inflow to the combustion chamber. The maximum thermodynamically possible pressure rise in the combustion chamber is solved and calculated for different temperature ratios and combustion processes. The thermodynamic advantage of pulse combustion for gas turbine systems is shown as a function of the self-compression pressure ratio.     

加热炉脉冲燃烧NO_X的对比测试研究

通过对湘钢宽厚板厂3#加热炉脉冲燃烧工况烟气中NOX的研究,系统阐述在钢铁工业加热炉实际条件下测试NOX的方法。提出了在换热器后测试烟气中NOX的方案,避免了NOX探头直接接触高温烟气的问题。测试结果表明:在3#加热炉脉冲燃烧工况下,NOX排放量降低80%,这反映出炉内气体温度均匀性更好。     

Calculations of the pulse combustion drying system

The paper describes modelling of spray drying system where valved and valveless pulse combustors were applied as a source of drying agent. Experimental analysis of pulse combustors operation was carried out in order to optimize their performance to achieve low emission of toxic substances, stable operation and high and smooth pressure oscillations. Optimized valved and valveless units were applied in the drying system.Extensive drying and evaporation tests were carried out to establish basic data required for modelling of the system. Laser techniques were applied to determine flow field in the drying chamber (LDA) as well as to analyse the structure of disperse phase (PDA).A modified mathematical model of heat, mass and momentum transfer in spray drying, developed earlier, was used to describe the pulse combustion drying system. The model enables to obtain temperatures of continuous and disperse phases, percent of evaporation and positions of particular fractions in the dryer. Air velocity profiles in the axial and radial directions in the drying chamber determined experimentally were substituted to the main programme calculating the spray drying process.A comparison of theoretical and experimental results shows good agreement also for complex hydrodynamics of pulsating flow in the drying chamber.Experimental investigations and mathematical modelling proved that the pulse combustion spray drying system could be effectively applied in dewatering of solutions with low content of solids, which could be important for waste disposal.     

固体燃料的脉动燃烧技术

在分析脉动燃烧概念、特点和应用基础上，对Rijke型脉动燃烧器燃用固体燃料时的脉动燃烧特性、传热特性和产物生成特性的试验研究进行总结并分析讨论，可以看出脉动强化了气流与颗粒间的传热、传质，具有燃烧效率高、传热效果好、污染物排放少的优点，是一种高效节能低污染的燃烧方式。最后提出了将脉动燃烧和流化床技术相结合的脉动流化床燃烧技术。图11表2参35     

顶燃式热风炉燃烧过程的数值模拟研究

针对某公司的旋流顶燃式热风炉及其工艺参数,建立了气体流动、传热的数学模型,采用非预混燃烧方法处理煤气的燃烧,对其现有工况进行了数值模拟,分析了炉体内部的流场、温度场和浓度场.结果表明,燃烧室温度分布不均匀,出口温度较低;由（于）空气过剩系数较小,导致煤气燃烧不充分,有大量CO剩余;火焰长度较长,严重影响格子砖的寿命.通过调整空气过剩系数,（）的增加空气过剩系数,燃烧室出口CO体积分数明显降低,火焰长度明显变短,出口温度明显提高.     

可控烟气回流量型低NOx燃烧器流场特性的试验研究

设计了一种预混式可控烟气回流量型低NOx燃烧器,以适应双气头多联产系统中燃料组分、成分变化时燃气轮机发电系统稳定工作的需要.在常压条件下,利用TSI热线风速仪对燃烧室内的速度分布特性进行了直接测量,并利用温度场比拟浓度场的方法,对燃烧室内气流混合特性进行了间接测量.结果表明:燃烧室内的速度分布及回流等特性可满足设计要求,气流之间的混合效果则需作进一步增强.同时,对燃烧器二次风分配器的结构提出了改进方案.     

天然气燃料轴向分级预混燃烧特性研究

低NOx排放是燃气轮机燃烧室的重要性能指标,面对燃烧室出口温度不断增加的趋势,新型燃烧技术探索应用成为必然。燃料轴向分级(Axial Fuel Staging,AFS)燃烧作为一项可行技术方案已在各燃机厂商的最先进燃气轮机燃烧室上获得应用,其主要通过降低高温烟气有效停留时间和低氧浓度燃烧来实现低NOx排放。基于Chemkin平台建立轴向分级预混燃烧室化学网络模型,针对1 973 K燃烧室,研究二级负荷比例、当量比和停留时间对NOx/CO排放的影响规律,对比分析主燃区高温烟气与二级未燃预混气掺混特征的影响,获得AFS燃烧的污染物排放特性和关键影响因素。同时,在贫预混燃烧器上,设计二级喷射段,实验研究二级火焰结构、污染物排放等燃烧特性。结果表明,相比于常规贫预混燃烧,AFS燃烧在高温区体现出很好的低NOx优势,且能拓宽低NOx工况范围,其中主燃区温度、二级当量比和停留时间匹配特征、主燃区高温烟气与二级预混气掺混性能等是关键。     

循环流化床锅炉低氮燃烧的CPFD数值模拟

针对某75 t/h循环流化床锅炉炉膛出口NOx排放超标问题进行分析探讨,以合理的低氮燃烧控制技术为主,辅以SNCR烟气脱硝技术,争取达到NO x超净排放要求。采用CPFD计算方法对循环流化床锅炉炉膛内的气固流动和燃烧特性进行数值模拟,运用低过量空气燃烧法和空气分级技术对锅炉进行低氮燃烧控制,研究一、二次风配比、二次风射流、过量空气系数、循环倍率和颗粒粒径等因素对炉内燃烧及NO x排放的影响。结果表明:通过低氮燃烧控制后,炉内速度场和温度场分布均匀,炉膛出口处烟气流速增加,炉膛平均烟温和出口氧浓度降低,还原性气体CO浓度和优化前基本相同,炉膛出口NOx浓度降低,减排效果显著,为以后的锅炉运行提供实际指导经验。     

Pulse combustion: The mechanisms of NOx production

A study has been performed to elucidate the fundamental mechanisms controlling the production of NO in a Helmholtz-type pulse combustor. Cycle-resolved measurements of velocity and temperature in the combustion chamber were made. These measurements were combined with the Zeldovich NO formation mechanism to explain the mechanism responsible for the low NO formation found in pulse combustors.

The mechanism responsible for low NO formation found in pulsating flow as compared to nonpulsating flow was found to be a short residence time at high temperature. Three different possible mechanisms for this short residence time were investigated: (1) hot products from combustion are cooled by mixing with the cooler exhaust gases entering the combustion chamber from the tail pipe, thus quenching the NO formation reaction (“Automatic Exhaust Gas Recirculation”), (2) hot combustion products are quickly cooled by mixing with the incoming cold reactants, and (3) residual products with a lower overall temperature (due to an increased rate of heat transfer in the combustion chamber) readily mix with hot products producing a short residence time at high temperature. It is shown that the mechanism responsible for the low NO emission in pulse combustors is a result of item 3. A short residence time at high temperature is caused by rapid mixing with cooler residual gases that are lower in temperature due to increased rates of heat transfer in the combustion chamber.