單相冷態(tài)試驗研究

1、1引言為了綜合解決煤粉燃燒過程中存在的低負荷穩(wěn)燃能力差，燃燒效率低，氮氧化物（NOx）排放，爐膛水冷壁的結(jié)渣和高溫腐蝕等問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出并開發(fā)了徑向濃淡旋流煤粉燃燒器［1］，結(jié)構(gòu)如圖1。文［2］中Vu利用球型五孔探針和一維熱線風(fēng)速儀對同軸旋轉(zhuǎn)組合射流進行了研究，測量了時均流場和湍流特性參數(shù)。馬春元［3］對徑向濃淡旋流煤粉燃燒器單相射流進行了試驗研究，研究了旋流強度、一次風(fēng)噴口結(jié)構(gòu)對燃燒器出口單相流場的影響。李爭起［4］利用相位多

2、普勒激光測速儀（PDA）對濃淡型旋流燃燒器和雙蝸殼型旋流燃燒器出口氣固兩相射流流動特性進行了對比試驗研究，發(fā)現(xiàn)濃淡型燃燒器在中心回流區(qū)邊界形成較高煤粉濃度，而雙蝸殼型燃燒器煤粉高濃度區(qū)處于二次風(fēng)流動區(qū)域內(nèi)，不利于煤粉氣流的穩(wěn)定著火。由于一次風(fēng)率和旋流二次風(fēng)率（旋流二次風(fēng)風(fēng)量占整個二次風(fēng)風(fēng)量的比例）是旋流燃燒器的主要設(shè)計和運行參數(shù)，本文利用一維熱膜風(fēng)速儀，對新型濃淡型旋流燃燒器在不同一次風(fēng)率和旋流二次風(fēng)率下進行了單相冷態(tài)試驗研究，并給出其

3、工業(yè)應(yīng)用的情況。2單相冷態(tài)試驗研究21試驗臺及試驗方法試驗采用的旋流燃燒器模型與實物的比例為1：3，噴口外徑為d＝372mm，中心風(fēng)和一次風(fēng)擴口均具有一定的張角。二次風(fēng)旋流器采用軸向固定彎曲葉片，直流二次風(fēng)為無旋流的純直流風(fēng)（見圖1）。旋流二次風(fēng)風(fēng)率的大小。測量了燃燒器出口旋流流場中時均速度和湍流量的分布。試驗中采用了美國TSI公司生產(chǎn)的IFA300型熱膜風(fēng)速儀對湍流流場進行測量，利用飄帶法來確定空間氣流速度的方向，利用一維熱膜探針多方

4、位轉(zhuǎn)動法［5～7］實現(xiàn)空間三維時均速度和脈動速度的分解測量，據(jù)文［5］分析，時均速度的測量誤差在17％以內(nèi)，湍流應(yīng)力的測量不同一次風(fēng)率下軸向和切向湍流正應(yīng)力無因次分布如圖3，湍流正應(yīng)力在射流發(fā)展初期表現(xiàn)強烈的非均勻性和各向異性，軸向和切向的湍流輸運能力較強，徑向的湍流脈動在初期數(shù)值較小，而隨著氣流向下游擴展才有所增加?；亓鲄^(qū)內(nèi)部湍流應(yīng)力小、脈動強度較弱，回流區(qū)邊界和旋流二次風(fēng)主流內(nèi)部湍流應(yīng)力高，因此在旋轉(zhuǎn)射流發(fā)展初期，回流區(qū)邊界附近是湍

5、流正應(yīng)力水平較高的區(qū)域。這里傳熱、傳質(zhì)強度大并且煙氣溫度高，是燃燒反應(yīng)的有利區(qū)域。由于氣流的擴展和湍流輸運作用，湍流脈動水平不斷衰減，射流后期湍流脈動趨于各向同性。由圖3可見，適當加大一次風(fēng)率，提高了一次風(fēng)出口徑向動量，正應(yīng)力的峰值沿徑向向外移動，湍流脈動強度提高，r1＝30％時氣流出口處的湍流脈動強度比較r1＝195％時提高了近1倍，有利于提高一、二次風(fēng)之間的傳熱、傳質(zhì)強度和氣相揮發(fā)分的湍流化學(xué)反應(yīng)速度，強化了燃燒反應(yīng)過程。繼續(xù)提高一