结构变化对气体燃烧器性能影响的数值模拟

对一种普通气体燃烧器和两种采用分级进料技术的新型气体燃烧器进行了燃烧的数值模拟研究,同时进行了数值模拟的可靠性实验。数值计算结果表明,结构差异是燃料气和助燃空气的流场组织不同的原因,表现为不同的燃烧火焰形状及温度分布。模拟结果对于新型气体燃烧器的设计具有指导意义。     

复杂结构气体燃烧器三维流场和燃烧状况数值模拟

以美国John Zink公司一种瓦斯燃烧器为几何原型，保持燃烧器和稳焰旋流器附近的三维复杂形状，生成了包括燃烧器和炉膛的结构化网格。以甲烷为燃料，采用标准的k-ε湍流模型、双3混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型对燃烧器内的流动及燃烧状况进行了全尺寸数值模拟，计算了旋流器附近的复杂流场，预测了燃烧器流场、温度场以及各组分的分布状况。计算结果表明，标准的k-ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型能够用于计算复杂结构内的流动和燃烧过程。     

复杂结构气体燃烧器三维流场和燃烧状况数值模拟

以美国JohnZink公司一种瓦斯燃烧器为几何原型 ,保持燃烧器和稳焰旋流器附近的三维复杂形状 ,生成了包括燃烧器和炉膛的结构化网格。以甲烷为燃料 ,采用标准的k ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型对燃烧器内的流动及燃烧状况进行了全尺寸数值模拟 ,计算了旋流器附近的复杂流场 ,预测了燃烧器流场、温度场以及各组分的分布状况。计算结果表明 ,标准的k ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型能够用于计算复杂结构内的流动和燃烧过程。     

气体涡旋燃烧器三维湍流场的数值模拟

以气体湍流运动的微分方程组及k-ε湍流模型为基础,采用SIMPLE算法数值模拟研究了气体涡旋燃烧器中的三维旋转湍流场.旋转方向的迭代采用了CTDMA方法,计算收敛速度明显加快.预测结果与日本古火田朋彦的LDV冷模实测值吻合较好.     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用k ε湍流模型、三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型 ,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算。计算结果表明 ,在强旋流条件下 ,回流区尺寸随旋流数增加而增大 ,受风压和热负荷影响较小。可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度 ,调节燃烧负荷来适应加热要求 ,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用kε湍流模型,三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算,计算结果表明,在强旋流条件下,回流区尺寸随旋流数增加而增大,受风压和热负荷影响较小,可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度,调节燃烧负荷来适应加热要求,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性。     

废气燃烧器结构对流动和排放物浓度的影响

为了提高废气处理燃烧器喷嘴的使用寿命、降低排放物中NOx的浓度,采用Realizablek-ε模型对废气处理燃烧器三维流动和燃烧进行了数值模拟.结果显示燃烧室内的流动、燃烧、化学反应以及排放物中NOx的浓度与燃烧器的导流片角度和燃烧器结构密切相关,包括内部流道的形状和面积.据此提出了燃烧器的两种结构修改方案.数值模拟结果表明当去掉导流片从而增大空气流通截面积并减小流动阻力后,燃烧器内的速度和压力分布合理,高温区位置后移,燃烧和化学反应效率提高,排放物NOx的浓度明显降低.其中一种结构改进的燃烧器投入使用后,经检测NOx的浓度减少9.5%.     

复合生物质燃烧性能的数值模拟及实验

为探究复合生物质的燃烧性能,以圆筒形燃烧室的锅炉为例,利用FLUENT软件建立数学燃烧模型,并选取玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质作为模拟燃烧的燃料。分析4种生物质单独燃烧时燃烧室中心截面的温度分布,结合分析结果将玉米秸秆分别和木屑、稻秆按照不同的质量配比方案进行混合燃烧模拟,并对4种生物质及复合生物质做单烧及混烧实验验证。研究结果表明：4种生物质燃烧时燃烧室中心截面最高温度的排序为玉米秸秆>棉秆>木屑>稻秆,玉米秸秆的最高温度比其它3种生物质高100K以上;生物质的燃烧性能受一次风速、风温及自身含水率的影响较大;混烧明显好于单烧,实验验证玉米秸秆与木屑、稻秆的最佳质量配比分别为3:1、7:3,此时燃烧室中心截面的最高温度混烧比单烧分别提高90K和92K,且复合生物质提高了单一生物质的燃烧性能。     

不同假想圆直径对燃烧器区域浓度场影响的数值模拟

针对上层燃烧器二次风假想圆直径为1000mm和加大为1500mm两种工况,通过数值模拟进行对比分析,研究六角切圆燃烧锅炉燃烧器区域的浓度场,模拟结果表明,适当改变一、二次风向心度能够有效地降低局部过高的颗粒浓度,从而抑制受热面结渣现象的发生。     

新型多段式自预热燃烧器设计与数值模拟

设计一种新型的多段式自预热燃烧器,其技术特点是:内部包含高温烟气回流通道,利用高温烟气预热空气与燃料,并在燃烧室内形成强烈的逆流对流换热.使用计算流体力学(CFD)方法对燃烧器内温度场、燃烧室内速度场和温度场进行模拟,计算烟气卷吸率,并对燃烬率进行比较.研究结果表明:使用该燃烧器空气预热效果较好,烟气卷吸率达到6以上,满足高温空气燃烧所需要的前提条件,比使用传统燃烧器燃烧更稳定、充分.     

采空区自燃带和瓦斯分布规律的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对潞安集团某矿6206综采工作面采空区进行数值模拟,研究工作面采用Y型通风系统时采空区自燃带和瓦斯的分布规律。结果表明:将6206综采工作面改造为Y型通风系统后,工作面和采空区的最低负压区在回风巷出口处,涌出的瓦斯涌入回风巷后排出,工作面向采空区的漏风量较大,散热带基本处于采空区整个区域内,自燃带范围较小;Y型通风方式可以有效防止采空区煤炭自燃,解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题。工作面的理论计算风速值与数值模拟风速值吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。     

低NOx旋流燃烧器燃烧特性数值模拟

为分析DBC-OPCC型低NO_x旋流燃烧器的燃烧性能与NO_x释放特性,通过数值模拟的方法研究燃烧室内燃料粒子的射流轨迹、温度分布、速度分布及各组分分布之间的规律。结果表明:温度分布表现为中央高两边低,氧量分布与温度分布规律相反,一次风喷口处温度分布、氧量分布与回流区的形状、大小以及煤粉颗粒密度密切相关。出口流域CO_2整体上沿中轴线呈对称分布,即中央高两边低,其变化趋势与氧量分布规律相反,与温度分布规律相近。喷口处CO含量极高,浓厚的还原性氛围对削减NO_x排放具有积极作用,在一次风喷口处煤粉形成外浓内淡的分布形态以及"三高一低"区,强化加热、析出挥发分、着火以及高温火焰内的NO_x还原,降低NO_x排放,提升稳燃能力。气流呈风包粉结构,可防范水冷壁结焦与高温腐蚀现象。     

旋流稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰的数值模拟

为研究瓦斯燃烧器的火焰特性 ,采用k ε湍流模型、三气体扩散燃烧模型及综合辐射模型 ,对旋流稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了数值模拟。研究结果表明 ,在旋流作用下 ,在火盆及其前端附近区域内形成了中心回流区 ,使燃气与助燃空气在此处发生剧烈掺混而被点燃 ,这有利于火焰稳定。在火焰前端仍存在一个高温尾流区 ,在选用和设计燃烧器时应充分考虑这一现象。燃气喷孔直径对火焰长度的影响非常显著 ,喷头顶部气孔位置和火盆锥口角对火焰长度影响较小。随着空气过剩系数和燃气中空气含量的增加 ,火焰长度明显减小。在实际应用中 ,应充分考虑燃烧器结构和操作条件的影响 ,以提高加热炉的效率和安全性。     

旋流稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰的数值模拟

为研究瓦斯燃烧器的火焰特性，采用κ-ε湍流模型、三气体扩散燃烧模型及综合辐射模型，对旋流稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了数值模拟。研究结果表明，在旋流作用下，在火盆及其前端附近区域内形成了中心回流区，使燃气与助燃空气在此处发生剧烈掺混而被点燃，这有利于火焰稳定。在火焰前端仍存在一个高温尾流区，在选用和设计燃烧器时应充分考虑这一现象。燃气喷孔直径对火焰长度的影响非常显著，喷头顶部气孔位置和火盆锥口角对火焰长度影响较小。随着空气过剩系数和燃气中空气含量的增加，火焰长度明显减小。在实际应用中，应充分考虑燃烧器结构和操作条件的影响，以提高加热炉的效率和安全性。     

烟气自循环式低氧燃烧器燃烧过程的数值模拟

在分析了工业中几种低氧燃烧方式的基础上,将收缩-扩张结构用于燃烧器空气通道,开发出了烟气自循环式低氧燃烧器,同时借助FLUENT软件对燃烧器进行了大量数值模拟研究. 结果表明:喉部的负压是烟气卷吸的驱动力,烟气卷吸量随喉部面积的缩小而急剧增多;随着烟气卷吸量的增多,炉膛中氧含量越来越低,火焰高温区向燃烧器偏移,火焰逐渐变短. 最后,将烟气自循环式低氧燃烧器用于熔化保温炉进行了实践,取得了预期的效果.     

不同加湿模式下甲烷湍流燃烧特性数值模拟

为研究水蒸气对甲烷燃烧的影响,基于简化的24步甲烷气相反应动力学机理,通过数值模拟的方法研究了在助燃空气和燃料中分别添加同体积的水蒸气对甲烷同轴湍流扩散火焰流场、组分浓度分布及污染物生成的影响,重点分析了中间产物OH基团对燃烧温度、污染物生成的影响.结果 表明:添加水蒸气后,两种加湿方式下整体燃烧室温度均降低,燃料预混水蒸气燃烧方式下降低幅度较大;该模式下对控制污染物排放效果优于空气预混水蒸气,最后基于燃烧稳定性和控制污染物排放确定了一种最优的蒸汽燃料预混比例为71.4％ CH4/28.6％ H2O.     

蓄热烧嘴内气体流动速度偏心数值研究

针对加热炉采用的蜂窝蓄热体出现的破损问题,利用数值模拟技术,对蓄热烧嘴内部气体流动状况进行了冷态数值模拟实验研究。研究结果表明,在蓄热和放热过程中烧嘴内部存在明显的速度偏心现象,该问题是导致蓄热效率下降和蓄热体损坏的主要原因。