工业锅炉炉内空气动力特性的PIV分析

工业锅炉炉内空气动力特性的研究对保证工业锅炉的正常工作具有重要的意义。利用粒子图像测速(PIV)技术研究旋流燃烧器一次风、二次风不同扩口角度和二次风旋流强度对炉内空气动力场的影响,结果表明,一次风扩口角度的增加使中心回流区由大变小,二次风扩口角度和旋流强度的增加均使中心回流区增大;射流边界随着一次风扩口角度的增加而减小,随二次风扩口角度和二次风旋流强度的增加而增加。研究结果可为工业锅炉和燃烧器的设计、改造和运行提供借鉴。     

新型轴向叶片式旋流燃烧器性能的实验研究

研究了西安交通大学提出的一种新型的旋流燃烧器，其主要特点是一次风管内加装均流条和二次风使用轴向旋流叶片，用于解决我国的双蜗壳式旋流燃烧器存在的一次风出口风、粉不均匀及煤种适应性差的问题．对均流条的作用进行了试验研究和理论分析，结果表明：一次风均流条可...     

大型四角喷燃锅炉烟温、汽温偏差的数值研究

对大型四角切向喷燃锅炉中由于燃烧器四角布置带来的炉内燃烧不均匀性引起的炉膛出口烟温偏差大，以至引起锅炉主蒸汽和再热蒸汽温度偏差较大的原因进行了数值研究，探讨了不同燃烧条件下一、二次风旋转方向、屏式过热器、二次风切圆直径等对烟温偏差的影响，提出了改进措施     

单丝热线旋转法用于旋流燃烧器出口参数测量

为了提高湍流流场的测量精度 ,针对旋流燃烧器出口截面上一次风和二次风的不同速度分布特征 ,引入了一种相应的单丝斜热线多方位旋转测量方法 .通过对一旋流燃烧器模型出口参数的测量和分析 ,证明在不同的速度特征区域选取不同的参考速度更加合理 .测量方法的不确定性分析证明该方法的测量误差波动较小 .给出了平均速度和雷诺应力分布的测量结果 ,将平均速度与采用五孔探针的测量结果进行了比较 ,两者趋势基本一致 ,表明了测量方法的可靠性     

基于γ-Reθt模型的高升力低压涡轮叶栅分离诱导转捩研究

应用γ槇-Reθt转捩模型对T106C高升力、低压涡轮叶栅进行数值模拟。分析了该模型在不同雷诺数工况下对层流分离诱导转捩的模拟精度。γ槇-Reθt模型通过求解关于间歇因子和当地转捩雷诺数两个输运方程,给出转捩起始位置和转捩区长度等信息;并且对层流分离诱导转捩进行了特定修正。结果显示,中、高雷诺数工况转捩模型预测结果与实验值较为一致,而低雷诺数工况模型预测的分离区域明显小于实验结果。降低入口黏性比可以有效改善低雷诺数工况的预测结果,湍流强度对分离点位置及分离区域大小有很大影响。     

钝体回流区二次风掺混实验研究

针对装有钝体燃烧器的燃煤粉锅炉，就其二次风对一次风喷口内回流区的掺混影响进行了一系列冷态实验研究．结果表明，二次风对回流区的影响主要表现在：限制了大空间卷吸进来的质量，加强了一次风内回流作用，使一次风主流轴线向内弯曲，使回流区缩短，同时对回流区尾部产生一定的掺混影响．这些影响的强弱程度与喷口间的相对距离和二次风的流速有关．研究结果将对实际煤粉锅炉一、二次风喷口距离和一次风量的选择有一定参考价值．     

浓淡型双调风旋流燃烧器的空气动力特性研究

利用冷态等温模化技术对浓淡型双调风旋流燃烧器的空气动力特性进行了模拟实验．实验中分别改变二、三次风的旋流强度,以考察各射流的调节特性对燃烧器的空气动力场的影响．实验表明,该燃烧器采用分级送风技术,在燃烧器出口主要是三次风与二次风的混合,三次风的旋流强度是影响燃烧器空气动力场的主要因素．     

低NOx旋流煤粉燃烧器气固两相流模拟

为提高旋流煤粉燃烧器稳燃与燃尽性能,降低NO_x排放。通过数值模拟方法研究了在中心风速4～9 m/s,内二次风速5～16 m/s,外二次风速8～20 m/s,外二次风叶片角度30°～75°时,DBC-OPCC型低NO_x旋流燃烧器射流的气固两相流流动特性。结果表明:两侧回流区随着内二次风速增加而向中心靠拢,其长度随着中心风速的增加而缩短。内、外二次风在一定程度上影响一次风的刚度以及回流区的范围和方向。外二次风叶片开度,与相邻两叶片之间中心区域的径向速度和出口流场轴向速度之间存在一定规律。     

雷诺时均模拟的两种转捩模型比较

对两种基于RANS方程的转捩模型进行分析讨论,这两个模型都只需采用局部变量计算,其中SST-γ-Reθt模型基于实验经验公式,层流动能模型基于转捩现象。两个模型都被耦合到RANS低雷诺数湍流模型中,并通过不同工况下T3系列平板的数值计算对模型进行评估。结果表明转捩模型较原湍流模型需要消耗更多计算资源;相对层流动能模型,SST-γ-Reθt模型对y+更为敏感,在无压力平板算例中两个模型能够较为准确地预测转捩,只有在湍流度增大时,SST-γ-Reθt模型预测的精度才会下降;在有压力梯度情况下,两个模型预测转捩起始点都较实验值延后,当来流雷诺数较大时层流动能模型预测的转捩长度较实验值偏小;从平板上不同位置(层流区、转捩区和湍流区)湍动能的分布情况能够看出SST-γ-Reθt模型只是在数值上模拟转捩过程,并不考虑转捩内在规律,层流动能模型预测结果与实验值较为吻合。     

新型轴向叶片式旋流燃烧器性能的实验研究

研究了西安交通大学提出了一种新型的旋流燃烧器,该燃烧器采用一次风管内加装均流条和二次风使用轴向旋流叶片,用于解决我国的双蜗壳式旋流燃烧器存在的一次风出口风粉不均匀及煤种适应性差的问题,对一次风管中螺旋均流条的作用及其机理进行了实验研究和理论分析,结果表明一次风均流条可明显改善一次风中风粉分布的均匀性,最后给出了在试验范围内均流条的最优参数。     

四通道燃烧器冷态流场优化的PIV测量

利用粒子成像测速仪PIV对水泥生产中回转窑冷态模型内四通道燃烧器出口附近的流场进行测量,考察不同的轴流风、旋流风、煤风和中心风之间的比例关系对流场的影响作用,分析了四种不同工况下的燃烧器出口的流场特性．结果表明轴流风和旋流风速度对燃烧器形成的射流场影响最显著．其中轴流风促进内部回流区的形成,旋流风减弱内回流区的形成,但能够加强流体和煤粉的充分混合,避免煤粉燃烧时局部高温区的形成．因此适当增加轴流风量和旋流风量可以起到降低烟气中的NOx含量的作用．     

液排渣粉煤燃烧器空气动力特性的试验

对液排渣粉煤燃烧器内气流运动规律和混合过程进行了冷态模拟研究，分析了结构参数和动力参数对流动的影响。试验表明：燃烧室轴向速度可分成６个不同的区域，存在４个回流区；简单环形挡渣板也能产生环形回流区，在旋风燃烧室设计中可取代锥形缩口挡渣板。最佳参数为：１次风旋流数Ｓ１为１．７８－２．０；１次风口和２次风口距离Ｌ１２＝（０．７５－１．１５）Ｄ；一次风量为１５％－２０％。     

大湿度旋流扩散燃烧的变工况特性

采用湍流雷诺应力微分模型和层流小火焰模型，对湿空气透平(HAT)带旋流器的燃烧室内甲烷扩散燃烧过程进行了数值模拟．对比了在加湿[200g／kg(DA)]和不加湿情况下，不同入口条件时[(304kPa，430K)，(507kPa，510K)，(709kPa，565K)，(912kPa，612K)]的燃烧室内部温度、速度以及NO组分分布的情况，分析了不同入口条件及湿度对HAT循环燃烧室扩散燃烧特性的影响．研究表明，随着入口空气压力的提高，回流区减小，回流中心位置前移，燃烧区最高温度增加，NO浓度增大；随着入口湿度增大，回流区减小，回流中心位置前移，燃烧区最高温度明显下降，NO浓度明显下降．结果表明，加湿燃烧可以降低污染物的排放，有利于燃烧室轴线尺寸的缩小．     

新型等离子体点火燃烧筒研究

以装有150kW等离子体发生器的某等离子体点火试验燃烧器为例,应用数值模拟的方法对等离子体点火燃烧器的稳燃性能进行了研究,并提出了一种新型的径向/切向进风等离子体点火燃烧筒.研究结果表明,一次风速(风粉气流流速)、等离子体气流的穿透区域和煤粉浓度等是影响等离子体点火过程及煤粉着火燃烧的主要因素.径向/切向进风可以在燃烧筒内形成多向回流和旋流,使得风粉气流在燃烧筒内不仅有轴向速度,而且还有径向和切向速度,改变了轴向进风气流运动的单一性,增加了煤粉气流在筒内的停留时间,着火区域扩大,火焰充满度好,有利于燃烧筒内的稳燃.     

管内窄边扭旋元件诱导螺旋流的旋流强度分析

为了研究螺旋流在形成、发展及衰减过程中旋流强度的变化规律，采用数值模拟方法对管内置窄边扭旋元件诱导产生的螺旋流进行分析，得到了雷诺数和元件扭率对旋流强度的影响规律。结果表明：流体进入扭旋元件后，在元件两侧形成两个与主螺旋流旋向相反的二次涡流；流体流出扭旋元件后，旋流螺距经历一个由大变小，再由小变大的过程；在螺旋流形成发展阶段，雷诺数对旋流强度影响较小，旋流强度随着元件扭率的增大而迅速提高，由于惯性作用旋流强度在元件出口1/6元件长度处达到最大，该位置与雷诺数和元件扭率无关；整个螺旋流发展阶段旋流强度呈现一种指数变化规律；流体流过旋流强度最大截面后，由于流体粘滞力大于惯性力，旋流强度以近似线性的规律衰减，雷诺数越大衰减速度越慢，扭率对旋流衰减速度影响较小。     

正交验证和流场仿真的变截面直流孔旋流器

普通旋流器在形成稳定燃烧的回流区时会形成旋流状态,气流过大,火核易被吹灭,并且限制了燃烧室的效率。为改善这种旋流场环境,强化燃烧室的燃烧稳定性,基于对旋进涡核的两种绕轴运动和微弱旋流影响的改善,提出了一种双向变截面直流孔型旋流器,变截面直流孔减速板则会明显消除微弱旋流的扰动。基于旋流器出口对气流的影响,提出唇形出口使高速气流中心真空,从而形成中心低压区,在具有更高减速效率的同时不会形成螺旋延伸气流。通过气流的流通-阻滞模型设计新型的旋流器,以影响该流阻模型的三个主要因素为基础,建立三因素七水平的正交实验,通过极差分析和方差分析,减速孔数目、减速孔半径、减速板面积均对流阻比有显著影响,并且得到了一组最优组合参数 。拟合并推导出的流阻比公式为优化目标函数,通过遗传算法优化得到相应减速板的面积S时,其减速孔的数目 减速孔的半径 m时具有最好的减速效果,并经这种减速效果累加即得到总的流阻比为 。通过计算流体仿真fluent,以入口处的流速、压强为条件进行仿真,得到的流速、压强可使燃烧室稳定燃烧,改善了气流打旋,唇形出口也形成了低压回流区,满足设计要求。     

变通道涡流室式燃烧室气体流动的分析

分析了变通道涡流室式燃烧室和涡流室式燃烧室气体流动的差异，以及变通道涡流室式燃烧室通道结构参数对流动损失的影响；根据计算与试验结果，提出了变通道涡流室式燃烧室通道结构参数的最佳取值范围，研究表明，变通道涡流室式燃烧室的气体流动特性有利于加快油气混合与燃烧的进程，减少流动损失，从而获得比常规涡流室式燃烧室更高的热效率。     

TRW燃烧器后置炉膛内流场的数值模拟

为配合液态排渣多级煤燃烧器（ＴＲＷ燃烧器）的应用示范工程,以质量、动量、能量守恒定理为基础,建立了ＴＲＷ燃烧器后置炉膛内三维流动的数学模型,采用经典的ＳＩＭＰＬＥ算法和混合差分格式,对炉膛内的流场及煤粉运动轨迹进行了数值模拟．从而为锅炉设计、三次风和顶部燃尽风（ＯＦＡ）的布置提供了大量的参考数据．根据ＴＲＷ燃烧器的出口尺寸以及某锅炉厂提供的炉膛尺寸和三次风、ＯＦＡ的布置原则,对４个布置方案进行了９种不同工况的计算．得到与ＴＲＷ燃烧器能较好匹配的炉膛结构及三次风、ＯＦＡ的布置方案,并对计算结果进行了详细地分析,确认计算结果符合炉内流动规律．计算程序中一些参数如网格、锅炉尺寸以及燃烧器的布置可以方便地进行修改,因而很容易计算其他炉内的流动过程和移植应用．     

旋涡流化床气相污染物的防治

在一旋涡流化床热态试验台上利用两种煤分别进行了控制NO_x和SO_2生成的试验研究,考察了二次风份额、床温、流化速度、过剩空气系数和旋流数的影响规律。结果表明,旋涡流化床低温分级燃烧、细颗粒的长时间停留以及强烈的横向扩散和混合能有效地抑制NO_x的生成,降低SO_2和NO_x的排放。