旋流燃烧室内煤粉燃烧的数值模拟

为合理描述煤粉颗粒在有湍流脉动的气相流场与温度场中的燃烧反应行为，文中提出并建立了考虑湍流-颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型。该模型考虑到了气相温度的湍流脉动对颗粒瞬时温度、瞬时热解速率和瞬时多相反应速率的影响。应用此模型对有直流一次风和旋流二次风的旋流燃烧室内的煤粉燃烧进行了数值模拟。计算结果表明，在燃烧室前部区域，该模型与未考虑湍流?颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型给出的气相温度场与组分浓度场结果有一定的差异，前者得到的气相温度分布与实验更接近。     

125MW煤粉炉内分级燃烧的数值模拟

对125MW煤粉炉内2种工况的分级燃烧进行了数值模拟,得到了炉内温度、速度分布以及NOX、CO、CO2等气相组分浓度分布。结果表明,随二次风率降低、燃烬风率的增加,炉内最高温度降低,炉内高温区上移,NOX浓度降低;整个炉膛内部湍流强度都比较强烈;炉内CO、CO2浓度分布及速度分布与实际燃烧状况能较好吻合。可为低NOX燃烧技术、锅炉改造提供指导。     

向心透平蜗壳内流动的实验与数值研究

应用热线单斜丝探针对矩形截面轴向对称蜗壳内速度场进行了测量分析,并基于三维N S方程组,采用分块结构化网格,用数值计算的方法模拟了此蜗壳内气体的流动,湍流模型采用Baldwin Lomax代数模型。结果表明:计算得到的通流速度无论在数值大小上、还是在径向和周向分布趋势上都与实验结果一致;轴向速度在轴向上的分布趋势相近,但数值存在较大差别。     

合成气燃气轮机燃烧室CFD模拟的模型选择及优化

采用雷诺平均的计算流体力学方法,通过模拟与燃烧室模态相似的标准旋流扩散燃烧实验以及合成气模型旋流燃烧室实验,分析了4种湍流模型对旋流燃烧及合成气燃烧室的数值模拟结果的影响。对比标准实验的速度、温度以及混合分数等实验数据,讨论不同模型以及参数取值的模拟效果,选取最合适燃烧室内复杂流型预测的realizableκ-ε湍流模型,并对位于湍流动能耗散率(ε)方程源项中的模型常数C2做出修正。耦合相应较为准确的燃烧模型以及反应机理,形成针对合成气燃烧室性能预测的较为理想的模拟方法。开展合成气模型旋流燃烧室燃烧实验,利用形成的数值模拟方法,对燃烧室壁温及NOx排放进行了预测,结果与实验较吻合,验证模拟方法可靠。     

循环流化床锅炉炉膛内烟气浓度场模型计算

针对循环流化床(CFB)锅炉炉膛内可燃气体中CO体积分数较高的问题,建立了一维CFB锅炉炉膛中气体浓度场的计算模型,基于已有的燃料热解、挥发分的分布以及可燃挥发分和碳的燃烧,计算出不同燃料在CFB锅炉炉膛内一维的烟气浓度场分布,并对炉膛内CO体积分数分布与锅炉设计和运行优化的关系进行了分析与验证,结果表明,在CFB锅炉炉膛内,任何燃料均有较高的CO浓度区域存在;该模型计算结果可为CFB锅炉的设计和实验研究提供理论基础。     

双轴向粗粉分离器流动特征研究

为研究双轴向粗粉分离器流动特征,利用计算流体力学方法研究现有轴向粗粉分离器内气体速度、压降、湍流强度等流动特征以及颗粒浓度和流线图,结果表明,轴向粗粉分离器的煤粉细度大、粉管浓度偏差大,进粉口、顶盖处等有效空间没有得到充分利用,分离器顶端积粉严重且出口压降大。提出了优化方案并进行了示范应用,制粉系统性能指标显著提高。     

H_2含量和湍流强度对典型烟煤合成气火焰结构影响的测量研究

针对典型烟煤合成气湍流预混火焰,利用平面激光诱导荧光技术测量燃烧中间产物OH自由基分布,研究H2含量和湍流强度对实际合成气火焰结构的影响。实验结果表明,H2对合成气火焰中OH生成具有正向促进作用,H2含量高的合成气在实际燃烧中更容易稳定着火,且燃烧速度更快,有利于合成气充分燃烧。湍流强度的增加使合成气火焰锋面的皱褶程度增大,且使火焰中OH自由基增多,强化了合成气燃烧。合成气湍流火焰的脉动特性受H2含量的影响不大,主要与湍流强度有关。     

气固多相颗粒旋流流动特性的数值模拟

为分析双组分颗粒气固旋流的流动特性,基于欧拉欧拉双流体气固单相湍流统一二阶矩模型(unifiedsecond-order moment,USM),构建考虑各向异性的双组分颗粒颗粒相间和气体双组分颗粒相间相互作用的气固多相二阶矩雷诺应力输运方程(multi unified second-ordermoment,MUSM)以及颗粒与气相脉动速度相关的本构关联方程。此模型完全考虑了颗粒与颗粒相之间的脉动速度的关联及其各向异性特征。用Sommerfeld(1992)试验结果检验经MUSM退化为USM的计算结果。双组分等直径重轻颗粒气固旋流模拟结果表明:模拟结果与实验结果吻合良好,因颗粒惯性和湍流扩散作用,双组分颗粒气固流动不同于单相气固流动。轴向气体颗粒脉动关联速度约为颗粒颗粒的2倍,切向和法向应力的分布被重新分配。     

绝热燃烧室内弛放气燃烧特性的实验研究

为保证多联产系统中燃气-蒸汽联合循环发电系统稳定运转,使燃料气能够稳定、充分地燃烧,确保燃气轮机的安全运行,通过设计的实验系统,对弛放气燃烧特性进行了系统的实验研究。采集了在燃烧喷嘴直径一定、燃气流量一定的条件下,弛放气在绝热燃烧室内扩散燃烧时的温度和燃烧产物浓度随过量空气系数变化的数据,得到了在不同过量空气系数下燃烧室内径向温度分布和轴向温度分布的数据及燃烧产物浓度的变化规律。为多联产系统燃气-蒸汽联合循环发电系统控制方案的制定提供了依据。     

燃烧功率对旋流燃烧器热声不稳定特性的影响

旋流燃烧器内部流动复杂,涡系丰富,为研究燃烧功率对其热声不稳定特性的影响,搭建了旋流燃烧器热声不稳定试验台架。旋流燃烧器工作在常压下,其燃料风喷口直径为2 mm,通过切向进气方式引入旋转二次风,燃烧室直径为48 mm,高度为600 mm。试验测量了燃烧功率为2.8～7.1 kW的CH4/Air火焰的脉动压力和温度分布,旋流强度约为0.58。试验结果表明：旋流燃烧器热声不稳定的共振频率介于251～273 Hz之间,声压级SPL与燃烧功率Pc有线性关系：SPL=112.099+3.537×Pc。采用联合时频分析方法研究了压力脉动波形,发现旋流燃烧器内的压力脉动介于时不变性质与时变性质之间,其短时频谱的主峰频率和振幅均为时间的函数,但主峰频率的变化范围较小;当燃烧功率为6.2 kW时,最大的短时声压级可达153 dB。     

数值模拟在合成气燃气轮机燃烧室设计中的应用

采用数值模拟方法对设计燃料为天然气和柴油的某型号燃气轮机燃烧室进行了改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值的合成气。数值计算采用了涡团耗散湍流燃烧模型、可实现k-ε湍流模型和离散坐标系辐射模型,SIMPLE压力速度耦合算法以及二阶精度迎风插值格式。对原型燃烧室进行了数值模拟研究,分析了合成气燃料的性质,对比了燃烧天然气和合成气2种燃料时燃烧室入口参数,由此确定了燃烧室改造原则。依照改造原则对原型燃烧室进行了改造,并根据数值模拟的结果对改造方案进行了多次改进,最终得到了合适的改造方案。改造过程说明:对原先燃烧天然气的燃烧室改烧中热值合成气,基本可以不改变火焰筒的结构;燃料喷射孔的面积可以按照与原型喷嘴的燃料喷射速度相同的原则确定,但需要增加旋流器的旋流数。     

W型火焰煤粉锅炉炉内三维流动和燃烧过程的数值模拟

本文对Ｗ型火焰煤粉锅炉炉内气－固两相三维流动，换热和气－固两相湍流燃烧进行了全面的数值模拟，对三种不同炉型的流场作了计算比较，文中详细全面地预报Ｗ型火焰煤粉锅炉内气－固两相流动，温度场分布，各气相组份浓度场分布，发热率分布，煤粉颗粒及挥发份和一氧化碳的燃烬情况等。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。     

气固两相圆柱绕流近场特性的实验研究

采用PIV实验技术对气固两相圆柱绕流的近场特性进行了研究。通过对图像进行数据处理，发现Stokes数为0.97的颗粒与涡结构的相互作用最为强烈，在尾迹中心区流向平均速度较低，且变化幅度较大，但脉动速度和湍动能较高。而较大Stokes数的颗粒不易受涡结构的影响，流向平均速度在尾迹中心区的分布也较平缓，但脉动速度和湍动能在两侧的剪切层区较高。各种颗粒在圆柱绕流回流区的脉动速度和湍动能都要高于近尾迹区的相应值，这为颗粒的混合和稳定燃烧等提供了有利的条件。 关键词：；；；     

燃烧器传热特性及稳燃机理研究

给出旋流燃烧器轴向壁温分布数学模型,通过试验验证了数学模型的合理性,并讨论了旋流燃烧器的稳燃机理。     

扩口位置对旋流燃烧器出口流场影响的研究

通过采用三维相位多普勒颗粒分析仪对中心给粉旋流煤粉燃烧器不同一次风扩口位置下的气固两相流动特性进行了测量。在2种扩口位置下，从燃烧器出口至x/d=0.5截面气、固两相轴向速度分布均呈双峰结构；在中心线处，气相轴向速度明显滞后于固相轴向速度, 实际扩口燃烧器的气相、固相的轴向速度衰减速度快，且在x/d=1.5的截面开始，出现颗粒穿越部分回流区。在x/d=0.3截面，气、固两相切向速度分布是典型的Rankine涡结构；在燃烧器出口至x/d=0.7截面，气、固两相径向速度分布呈双峰结构。中心给粉燃烧器在燃烧器中心形成较高的颗粒浓度分布。     

煤和垃圾衍生燃料循环流化床混烧的试验研究

分别在热重分析仪和0.5MW循环流化床燃烧系统上进行了煤和垃圾衍生燃料混烧实验。热重试验表明:混烧过程中,两者基本上保持各自的燃烧特性,同时垃圾衍生燃料的加入能显著提高煤粉的燃烧性能。循环流化床试验表明:相对于煤粉单独燃烧,混烧能使整个炉膛的温度分布更均匀;垃圾衍生燃料的加入降低了CO、NO、N2O、SO2的排放,但却大大增加了烟气中HCl的浓度;垃圾衍生燃料中的钙基物质能对SO2起到脱除作用,同时HCl的存在会促进钙基物质与SO2的反应;在混烧情况下,随着床层温度的升高,N、S、Cl等元素对气相污染物的转化率增加,同时,钙基物质对酸性气体SO2、HCl的脱除反应受到抑制,因此烟气中的NO、SO2、HCl等污染物浓度增加。     

环缝燃料进口的丙烷-空气旋流扩散燃烧的数值模拟

旋流扩散燃烧广泛存在于各种燃烧装置中,低污染燃烧器研制中数值模拟已经成为一种有效的手段。发展一种合理而又经济的适用于工程实际的湍流燃烧模型是数值模拟的关键。该文用作者提出的统一二阶矩(USM)湍流燃烧模型对旋流数为0.78,环缝燃料进口的丙烷-空气旋流扩散燃烧进行了数值模拟。模拟所得到的有燃烧时的3个方向的时平均速度和脉动速度、温度以及燃料、氧和二氧化碳浓度分布,都和文献中的实验结果符合很好,从而再一次说明了统一二阶矩模型的合理性。模拟和实验结果都表明,环缝燃料进口使湍流趋于均匀和各向同性,并且强化了燃烧。