气流床煤加氢气化反应器的数值模拟及流场特性分析

该文通过对Rockwell公司开发的6t/d的气流床煤加氢气化反应器的3维数值模拟,模拟了加氢气化反应器内的流场和反应过程。模拟采用了Johnson和Tran的加氢热解动力学模型,并且考虑了焦油的加氢裂解反应。数值模拟预测结果和6t/d加氢气化反应器的实验结果符合得较好。模拟结果表明:加氢气化反应器内的流场可以分为交叉撞击区、射流-回流区和管流区3个区域。一次脱挥发分反应在煤粉和炽热氢气快速混合后的很短时间内就能完成,甲烷主要在交叉撞击区和射流-回流区生成,加氢气化反应器下部大部分区域为管流区。在交叉撞击区及射流-回流区,颗粒粒径越小则颗粒升温及失去质量越早;在管流区,颗粒粒径对颗粒的质量变化及温度历程影响不大。     

旋流燃烧室内三维等温流场研究

采用三维RNG κ-ε湍流模型进行了旋流燃烧室内等温流场的数值模拟，给出了旋流燃烧室内不同截面位置速度分布的计算结果．数值模拟结果与文献中实验数据的比较表明，两者符合较好．该燃烧室采用叶片式旋流器并配置一次和二次空气径向射流．比较了一次空气射流和二次空气射流对燃烧室内流场的影响．研究结果表明，经旋流器进入燃烧室的旋转气流和一次射流空气在燃烧室头部形成回流区，这将有助于缩短火焰长度和稳定燃烧．一次空气射流深度几乎达到燃烧室中心，有利于气流的混合并增大回流量；二次空气射流深度较浅，其对燃烧室内流场的影响较小，     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型，对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟，计算结果表明，侧壁射流位置越靠近入口，主回流区长度越短，最大压力系数位置前移，其数值增大，局部表面传热系数也增大．根据计算结果，拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时，主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

强化高温烟气回流的研究与实践

本文从钝体回流区热质交换机理出发,提出了回流区边界用小流量、高速度的附加射流来强化回流区的热质交换以达到进一步强化劣质煤、无烟煤和其它难燃煤种的燃烧过程的根据。试验结果表明,附加射流能使回流区温度提高,对火焰有明显稳定作用。文章介绍了这一设想在大型电站锅炉上进行实验的数据。     

燃烧室内同向多股大速差射流的流动特征

采用冷态模型试验的方法，以自行设计的低热值煤气烧嘴为对象，研究了其同向大速差射流燃烧室内气流的流动特征。结果表明：环状多股高速空气流对中心低速煤气流的强烈引射卷吸以及少量一次风造成煤气射流的一定程度的旋转将产生很大的负压区和回流区，有利于实现空气和煤气的均匀混合与稳定燃烧。     

楔形体回流区的射流汇合

本文建立了两股二维不可压缩湍流射流在楔形体后汇合的数学模型,分析了汇合点位置、回流区中压力分布、射流形状和汇合点下游的流动情况,并测量了整个流场的速度分布、湍流能量分布和压力分布.     

多股受限撞击射流井底压力特征的数值模拟

应用大涡模拟方法，对不同的喷嘴尺寸、个数和喷嘴组合条件下井底多股受限撞击射流的流动特性进行了数值模拟．对模拟结果的分析研究表明，多股撞击射流的井底压力分布存在低压区、高压区和中等压力区三个区域．高压区为射流撞击区，低压区为漫流区，中等压力区为射流相互干扰区．在喷嘴出口总面积相同的条件下，保持中心喷嘴直径大于或等于边喷嘴直径，井底压力的分布对清岩和破岩更为有利     

正交两相射流中煤粉燃烧过程的研究

正交射流冷态空气动力学试验证明,在它的尾迹能够产生一个稳定的回流区.本文进一步试验证明:在回流区的边界上存在高浓度煤粉集聚区;投入副射流后,一次风喷口附近温度从120℃提高到900℃～1000℃,飞灰含碳量降低,煤粉燃烧更加稳定和强化.     

旋涡流化床空气动力场和气体混合试验研究

对旋涡流化床气固两相流中的气体流场和混合进行了试验研究和理论分析,探明了二次风率和喷射角对悬浮空间流场结构和回流流动的影响。用气体示踪技术首次系统地研究了旋涡流化床悬浮空间内气流横向扩散与混合的基本规律,探讨了气流结构和形态对传质过程的影响,得出了二次风射流的穿透深度和气流横向混合速率对喷射角的强烈依赖关系,研究结果表明,旋涡流化床悬浮空间喷入二次风后氧浓度的径向分布与颗粒浓度分布的规律相吻合,满足了高浓度燃料区需要高氧量的燃烧要求。     

PIV技术在双通道燃烧器出口流场研究中的应用

针对双通道燃烧器普遍存在射流刚性差的问题，应用PIV技术对双通道燃烧器出口冷态流场进行测量研究，分析比较燃烧器出口不同位置加装楔形体条件下的流动特性，通过研究，找到既可以提高两股一次风的出口速度而增强燃烧器出口的射流刚性又不减小回流区大小的结构参数，以供实际燃烧器改造时参考。     

带挡板T型混合器性能的数值模拟

为了强化层流混合,设计并数值模拟了带挡板的二维T型混合器．挡板安装在混合器混合通道的进口．研究结果表面,当两股撞击来流由于温度不同而引起的动量不相等时,会明显改变混合通道的流动结构．由微混合器的几何结构及运行条件引起的不对称流动及回流区结构对提高流体混合效果有益．     

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．     

压入式受限贴附射流流场特征及参数计算

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间受限贴附射流通风。风流从圆形风筒射入掘进工作面空间形成射流区和回流区。根据流体射流理论,分析了压入式受限贴附射流通风射流产生过程及射流通风风流结构特征．由于受到巷道有限空间的限制,射流流场不能像自由贴附射流那样发展,形成了圆形贴附射流自由段、有限扩张段和收缩段。射流各段的长度与射流受限程度成反比。文中给出了射流各段长度及射流区和回流区断面平均流速和流量的计算模型。     

深井条件下超高压射流钻头水动力学特性研究

采用Reliable k－ε湍流模型对高压射流双流道钻头内高压高速三维流道进行了水动力学设计，并提出了“流体齿”的概念。通过计算获得了高围压井底条件下一股高压小排量射流和两股低压大排量射流相互作用时井底湍流场的流动规律。研究结果表明，该条件下的射流结构可划分为范围很小的核心高速区和速度衰减区，井底漫流区的厚度随着高压射流离井底距离的减小而增大。在钻头体附近和环空返流区内流体表现为螺旋流动状态。     

井底边界条件下单喷嘴射流流场的数值模拟

用数值模拟的方法研究了符合井底边界条件的轴对称单喷嘴淹没非自由射流流场，给出了不同喷嘴直径、不同喷速、不同喷距下的流场矢量图，并研究了上述工况下的射流轴心速度衰减规律。结果表明，除射流区、撞击区、漫流区、返回区之外，还存在一明显的回流旋涡区，射流出口雷诺数对轴心速度衰减的影响很小，而漫流的存在使得射流轴心速度在靠近井底的区域内受到很大程度的影响．数值模拟结果和有关实验数据有较好的一致性。     

射流携带床气化炉内混合过程的研究

采用α－萘与对氨基苯碘酸重氮盐的偶合竞争串联二级反应体系，研究了气炉出口面积，长戏比，两股射流动量比对射流携带档气化炉内混合过程的影响。     

微型燃气轮机燃烧室内三维流动过程的数值模拟

采用RNG κ-ε湍流模型，对Capstone公司75kW微型燃气轮机燃烧室火焰筒内气流三维流动过程进行了数值模拟研究．结果表明，燃烧室火焰筒内有3个回流区，其存在将有助于燃料的连续点火和火焰的稳定．由火焰筒后部两排二次空气掺混射流孔射入火焰筒的射流深度不同，且沿流动方向第一排射流孔射流深度大于第二排．此外，火焰筒内气流轴向、径向和切向速度沿火焰筒径向的分布随着气流沿火焰筒轴向的流动逐渐趋于均匀，且其峰值位置朝向火焰筒中心轴方向移动．     

Shell粉煤气化炉的分析与模拟

以受限容器内多喷喷对置射流下的流体流动特征为基础，分析了Shell粉煤气化炉内的流场特征，发现炉内存在5个特征各异的流动区域，即射流区、撞击区、撞击扩展流区、回流区和管流区。从气化炉内主要的化学反应着手，结合流动、混合与化学反应的相互影响。分析了炉内各流动区域的化学反应过程，建立了气化炉的数学模型，对气化过程进行数学模拟，预测了工艺条件对气化结果的影响。结果表明，有效气(CO H2)产率随氧煤比的变化有一最佳值，随蒸汽深比不同，对应的氧煤比在O．54Nm^3／kg～O．56Nm^3／kg之间。有效气产率随蒸汽煤比的升高而增加。     

二维炉膛气液两相对冲流动数值模拟

以锅炉炉膛选择性非催化还原(SNCR)脱硝为应用背景,抽象出具有对称结构的二维两相流动模型,通过数值模拟,探讨气液两相对冲射流的流动和混合特性。模拟结果表明,由于炉内高速气流的扰动,液体射流并非在所有的雷诺数Re下都能穿透气体区域在模型中心线附近位置汇合。增大Re,液体穿透力增加,两侧对冲的液体射流逐渐可以在模型中汇合。当Re为464 807时,左右两股液体射流出现汇合点;增大Re,汇合点位置上移,上部计算区域气液两相流体混合更加均匀;继续增大Re,汇合点位置变化不大,液相流体因动量过大而流出计算区域,导致两相混合效果变差。在对称结构的炉膛内进行模拟,得到了不对称的气液两相流动,排除物理和几何上的干扰,这可能是问题的非线性所导致的。     

多股受限撞击射流井底压力特征的数值模拟

应用大涡模拟方法，对不同的喷嘴尺寸、个数和喷嘴组合条件下井底多股受限撞击射流的流动特性进行了数值模拟。对模拟结果的分析研究表明，多股撞击射流的井底压力分布存在低压区、高压区和中等压力区三个区域。高压区为射流撞击区，低压区为漫流区，中等压力区为射流相互干扰区。在喷嘴出口总面积相同的条件下，保持中心喷嘴直径大于或等于边喷嘴直径，井底压力的分布对清岩和破岩更为有利。