气固两相自由射流燃烧的数值模拟

采用修正的k—ε湍流模型，利用k-ε-kp气固两相模型和EBU—Arrhenius燃烧模型模拟了不同工况下煤粉气固两相自由射流燃烧的过程。在SIMPLE计算程序的基础上编制了计算气固燃烧程序。由冷态气相场开始，计算了冷态颗粒场，热态气相场和热态颗粒场，其中包括了两相间的耦合及迭代过程。对冷态和热态气相和颗粒相湍动能进行了比较。模拟结果表明，为保证燃烧的充分进行，在一定的颗粒浓度下，应保证自由射流的入口速度。     

煤粉浓缩器对旋流煤粉燃烧NO排放影响的研究

为研制低污染旋流煤粉燃烧器,研究了煤粉浓缩器中旋流煤粉燃烧时NO的排放情况.用相位多普勒测速仪对在浓缩器中加入或不加入物料时的冷态两相流动速度,湍动能以及颗粒浓度进行了实验研究.用生成NO的统一二阶矩代数模型、HCN释放的简化Solomon模型和煤粉燃烧的全双流体模型,就浓缩器对旋流煤粉燃烧器NO生成的影响进行了数值模拟,给出了湍流动能、煤粉浓度、温度和NO浓度分布.冷态实验结果和数值模拟结果符合较好,两者都表明,煤粉浓缩器增大了回流区内煤粉浓度.热态模拟结果表明,煤粉浓缩器降低了NO生成.     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.     

喷射泵湍流场及外特性数值模拟

对于喷射泵湍流场,采用k-ε湍流模型,在不同喷嘴入口流速条件下进行了数值模拟,给出了流场的速度分布、压力分布以及湍动能分布曲线。对流场特性分析表明,湍动能在喷嘴出口处和扩散管初段出现峰值,喷嘴出口处无量纲湍动能峰值位于不同的的径向位置,而扩散管初段的无量纲湍动能峰值则处于同一径向位置上。分析外特性结果表明,湍流场数值模拟结果与理论值吻合较好。最后分析了影响喷射泵的效率的因素,提出了在低流量比范围内的主要因素为流体混合损失,而在高流量比范围内的主要因素为喉管和扩散管摩擦损失。研究结果对进一步数值模拟以及工程应用有指导意义。     

颗粒在气固两相圆湍射流近场截面对气相的影响

为探讨气固两相射流中不同粒径颗粒对气相的作用,用激光粒子动态分析仪(PDA)测量气固两相圆湍射流中X/D=5截面上的气相流动参数,并与相同出口速度的单相射流做比较。喷口直径为20mm,气相出口Re=13600。采用了从50μm到300μm之间6种不同平均粒径的玻璃微珠作为颗粒相。结果表明:粒径较小的粒子对气相轴向时均速度沿径向衰减的延迟作用较强,对气相轴向和径向湍流度的削弱幅度较大。粒径较大的粒子能增强轴心附近气相轴向湍流度。     

风速引起的湍流对挥发性污染物传质的影响

为分析风速引起的水、气及其交界面的湍流对挥发性污染物在水气交界面挥发传质的作用,将挥发性污染物水气耦合扩散模型与可实现k-ε模型相结合,预测挥发性污染物水体点源泄漏后的时空分布。分析结果表明:风速增加,水气交界面附近时均速度梯度增加,进而导致湍动能和湍能耗散率增加。风速引起的湍动能和湍能耗散率的提高增强了污染团尾部的挥发传质,风速越大,污染团尾部的浓度分布占据的空间越大。湍动能和湍能耗散率越高,水中污染物浓度下降越快。风速对气侧污染物扩散的影响要先于对水侧污染物扩散的影响。湍能耗散率随风速增加而增加的程度高于湍动能随风速增加而增加的程度。     

半封闭圆管湍流射流冲击平板的数值研究

采用标准κ-ε模型和壁面函数法,对冲击射流场的平均速度和湍动能分布进行了数值计算,将充分发展和均匀速度分布2种入口条件下的计算结果与文献中激光多普勒测速仪的测量结果进行了比较,结果表明：数值计算能够预测到湍动能分布的趋势,但对滞止点附近湍动能的预测值过高,高达实验值的5倍;在各向同性占优势的壁射流中,平均速度的分布与实验结果具有较好的一致性;射流入口条件对湍动能分布具有较大的影响;要提高冲击射流场总体的预测效果,需要针对滞止区和近壁区内的流动特性,对κ-ε模型进行修正,同时还应采用与实验尽可能一致的入口条件。     

炉膛煤粉空气射流的火焰稳定性分析

本文结合锅炉炉膛煤粉空气射流的流场特征,分析煤粉气流的预热、着火及燃烧过程,提出以炽热燃烧的回流区为研究对象的分析煤粉射流气流火焰稳定的集总分析模型,并用它分析了几种典型的炉膛煤粉射流流场.结果表明,对于任何给定特征尺度的回流区只要满足一定的温度、煤粉浓度及射流速度等条件,就能实现对射流火焰的稳定.     

新型生物质颗粒回转燃烧器流动特性仿真分析

以新型生物质颗粒回转燃烧器为研究对象,采用Pro/E软件对生物质颗粒回转燃烧器内流体进行几何建模,并用Gambit软件对模型应用非结构化网格生成技术划分网格,并进行有限元前处理.在采用k-ε湍流模型的基础上,应用计算流体力学软件Fluent模拟稳定工况下回转燃烧器内流体的流动特性,分析进气速度对回转燃烧器内的压力分布、速度分布以及湍动能分布的影响.结果表明:燃烧器内部的气体压力、速度和湍动能随风机引风速度的增大逐渐增大,风机出口到回转燃烧室之间的气体压力、速度和湍动能较大,在二次风口处达到最大值,回转燃烧室内气体的压力、速度和湍动能分布较为均匀.     

水平管段高压超浓相煤粉输送特性的数值模拟

在充分考虑气固两相相互作用的基础上,利用修正后的κ-ε湍流模型对以CO2为输送介质的高压超浓相煤粉气力输送进行了数值模拟.对于固相体积分数高达25％的高压超浓相煤粉气力输送,采用该模型模拟一体化管道(垂直管、弯管、水平管连接在一起),获得了水平管段中不同粒径的颗粒在截面上的速度分布、浓度分布,以及不同表观气速下水平管段中固相的径向浓度分布.模拟结果表明,在相同的输送条件下,大粒径煤粉的速度较低,更容易在水平管道沉积;煤粉粒径相同时,表观气速较大的颗粒在沉积区的浓度分布较小.将模拟结果与相同试验条件下的水平管电容层析成像(ECT)结果进行了对比,验证了本文模拟结果的正确性.     

一种新型电站锅炉粉燃烧器—可调叶片式燃烧器

为了解决电站锅炉燃用低质煤时的不稳定燃烧问题。本文提出了一种新型可调叶片式煤粉燃烧器，当叶片的角度变化时，可以调节下列参数达到最佳状态；流动速度的分布，回流区的大小，湍流强度和湍流动能，煤粉浓度地颗粒的直径大小及分布等，在这种情况下可以使劣质煤燃烧稳定，提高经济效益。     

一种新型电站锅炉煤粉燃烧器──可调叶片式燃烧器(英文)

为了解决电站锅炉燃用低质煤时的不稳定燃烧问题，本文提出了一种新型可调叶片式煤粉燃烧器，当叶片的角度变化时，可以调节下列参数达到最佳状态：流动速度的分布，回流区的大小，湍流强度和湍流动能，煤粉浓度，颗粒的直径大小及分布等，在这种情况下可以使劣质煤燃烧稳定，提高经济效益．     

径向流反应器随机填充催化床层的数值模拟

应用颗粒离散元法建立径向流反应器内球形颗粒随机堆积环形催化剂床层模型,采用颗粒流程序-计算流体动力学(PFC-CFD)耦合求解法得到床层内流体流动压力场、速度场分布规律,研究当边界条件相同、颗粒粒径分别为12、 14、 16、 20、 28 mm时,随机堆积床层内场分布的变化规律。结果表明:随着催化剂颗粒粒径的减小,床层阻力增大,床层速度、压力的变化梯度也增大,但流体沿轴向分布较均匀;粒径12 mm的催化床层径向流反应器内部轴流分布最均匀。     

热解产物MgO颗粒形貌对收率的影响

热解工艺制备的MgO颗粒形貌各异,粒径分布不均.传统的数值模拟过程假设产物为同粒径的标准球形颗粒,与实验结果存在一定的误差.因此, 以射流热解制备MgO过程为研究对象,引入伸缩因子等参数,研究了几种特殊的非规则MgO颗粒在射流热解反应器出口的分布,对比标准球形颗粒的分布结果进行讨论.结果表明:收缩因子α、丰满指数k及放缩径比β共同作用影响着MgO的收率.当α=-0.25,k=1,β=1时,MgO的收率较高,为96.88%;当α=0.25,k=2,β=1.5时,MgO的收率较低,为80.39%.     

垂直管流中食品颗粒速度分布的实验研究

用数码录像方法对颗粒的轴向速度和径向位置进行了测量，获得了单个颗粒在垂直管流中的速度分布。考虑到非球形颗粒和数甲基纤维素(CMC)溶液的非牛顿性，对有关文献中颗粒阻力系数计算的关系式做了修正。理论计算结果与实验滑移速度比较表明，在靠近管道轴线的径向位置模型的计算与实验结果很接近。同时，讨论了颗粒尺寸和流体流量对颗粒速度分布的影响。     

火灾烟雾颗粒粒谱动态分布

采用扫描电子迁移粒径谱仪,对木材明火、棉绳阴燃、聚氨酯明火、正庚烷明火和工业酒精明火中产生的烟雾气溶胶进行在线测量,记录并分析随时间变化的烟颗粒浓度变化和粒径谱分布信息.结果表明,在火灾探测器做出响应之前,正庚烷明火的烟颗粒粒径主要分布在100～500 nm,木材和聚氨酯明火及棉绳阴燃的是50～400 nm.五种试验火在材料基本耗尽前的烟颗粒数目浓度随时间不断增大,小于50 nm的烟颗粒相对浓度随时间增长.烟雾颗粒粒径分布呈双峰偏态特征,除酒精燃烧试验火的粒径分布出现自保持特征外,其他燃烧试验火在不断生成、凝并及迁移动态变化中,粒径分布形状发生改变.归一化颗粒数浓度,粒径分布的几何平均中径向右移动,粒径分布随时间展宽,因此验证了试验火烟雾颗粒的快速凝并效应.     

煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析

依据固液两相流理论,建立了煤层气井煤粉在有杆抽油泵内的数学模型,对煤粉在泵内的运动规律进行了分析,通过求解煤层气井有杆泵内固液两相流模型及仿真分析,得到了煤粉颗粒直径、井液的入泵速度及井液中煤粉颗粒浓度等参数对有杆泵内煤粉沉积的影响,利用固体颗粒在泵筒和柱塞间隙的磨损特性,分析了煤粉对有杆泵使用寿命的影响并给出了延长检泵周期,提高泵的使用寿命的措施。结果表明：有杆泵内下端煤粉浓度较大,分布非常不均匀;有杆泵内煤粉颗粒速度分布不均匀,湍流现象比较严重,煤粉颗粒主要沉积在固定阀入口两侧。煤粉粒径越小、井液入泵速度越大和井液中颗粒浓度越小可减少煤粉在有杆泵内的沉积。在排采的过程中通过连续、稳定、缓慢的降压,减少储层出煤粉;合理调节排采系统的冲程、冲次,通过改变泵的排量提高泵入口的流速,可减小煤粉在有杆泵内的沉积,使进入泵中的煤粉尽量排出泵外进入抽油杆和油管环空,以减少煤粉对有杆泵的影响。     

NaCl对细水雾雾特性影响的实验研究

利用LDV／APV实验系统对不同浓度NaCl溶液所形成细水雾的雾特性进行实验研究，得到不同类型细水雾在某一射流截面上的粒径分布和三维速度分布。研究表明，随着NaCl浓度的提高，在靠近射流轴线区域细水雾粒径有明显增加，而速度则显著下降。溶液浓度对细水雾动能分布的均匀性有影响。适当的添加剂配比浓度能够提高细水雾动能分布的均匀性。研究结果对评估添加剂和细水雾雾特性的影响程度有重要意义。     

电站锅炉燃烧特性的数值模拟

对 116 0t·h-1四角切圆电站锅炉的燃烧过程进行了数值模拟 ,燃烧器组采用常规直流煤粉燃烧器和低NOx煤粉燃烧器两种形式 .结果表明 ,大空间锅炉炉膛的速度场、温度场分布很不均匀 ;燃烧器上部附近的炉膛中心烟气上升速度最小 ,湍动能最大 ,温度最高 .烟气上升速度分布图形 ,在燃烧器区域为单峰形 ,即炉膛中心上升速度最大 ;在燃烧器上部为马鞍形 ,即截面环形区域的上升速度最大 .烟气温度分布图形 ,在燃烧器区域呈马鞍形 ,即中心区域和四周水冷壁附近的温度较低 ,截面环形区域的温度最高 ;在燃烧器上部区域为单峰形 ,即炉膛中心的温度最大 .水冷壁附近烟气温度的最大值 ,即结渣的可能区域位于旋转火焰的下游 .炉膛的切圆直径 ,在燃烧器区域随炉膛高度增大不断减小 ,至燃烧器上部附近急剧增大 ,之后随高度增大成一常数 .电站锅炉的常规直流煤粉燃烧器改造成低NOx 燃烧器时 ,炉膛的速度场、湍动能场、截面切圆直径和旋流强度以及温度场等保持不变 .     

非等温湍流射流中脉动量的耗散规律

本文利用具有高频响应的恒温热线和恒流冷线的组合探头对非等温湍流圆形射流中的湍流脉动动能和脉动温度的耗散率(ε,ε_θ)及其分布规律进行了测量.结果证实了由满足自模条件导出的Taylor微尺度和湍动能耗散率在射流中心线上的变化关系是成立的.推导了中心线上湍流温度耗散率的表达式并得到了较好的结果.