燃?xì)馊紵髁鲌?chǎng)及燃燒特性數(shù)值模擬.pdf

1、氣體燃料因具有較高的燃燒效率和低污染排放等特點(diǎn),隨著西氣東輸工程的實(shí)施,其越來越得到更加廣泛的應(yīng)用。燃燒器作為氣體燃燒的主要設(shè)備,對(duì)于氣體的高效清潔利用具有非常重要的作用。目前針對(duì)氣體燃燒器的研究主要是通過幾何結(jié)構(gòu)改變、燃燒控制等手段,實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰的控制。本文對(duì)目前應(yīng)用較廣的強(qiáng)旋流氣體燃燒器和新型側(cè)邊微孔燃燒器,運(yùn)用數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究的方法開展了詳細(xì)的研究,以此來探討氣體燃燒控制機(jī)理和方法,并通過幾何結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰的控

2、制,從而達(dá)到加強(qiáng)燃料與空氣的混合,提高燃燒效率并降低污染排放。本文針對(duì)典型的強(qiáng)旋流燃燒器TECFLAM,分別采用三種湍流模型(即標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型、RNG模型和修正后的雷諾應(yīng)力模型),三種燃燒模型(即有限速率/渦耗散模型、平衡化學(xué)反應(yīng)PDF模型和穩(wěn)態(tài)火焰面模型),耦合詳細(xì)的甲烷燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,模擬得到溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和主要燃燒產(chǎn)物的濃度場(chǎng),模擬研究表明,采用不同的模型都能夠反映出強(qiáng)旋流燃燒流場(chǎng)的特點(diǎn),但是與實(shí)驗(yàn)值的吻合程度上存在較大差別,采

3、用RSM模型耦合詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的穩(wěn)態(tài)火焰面模型其模擬值與實(shí)驗(yàn)值較為接近。
　　本文運(yùn)用LES方法對(duì)Re為10000的圓形、方形、矩形結(jié)構(gòu)的冷態(tài)湍流射流進(jìn)行了模擬分析,模擬結(jié)果表明,當(dāng)噴口改為方形和矩形噴口后,由于橫截面的不規(guī)則,導(dǎo)致射流擾動(dòng)有不同增加,卷吸周圍空氣能力增強(qiáng),軸向速度衰減加快。但單單改變噴口截面形狀,僅僅只能夠減短混合能力較差的射流初始段,并不能消除。對(duì)側(cè)邊微孔燃燒器不同孔數(shù)和在不同流量比下冷、熱態(tài)流場(chǎng)的模擬,研究

4、結(jié)果表明:側(cè)邊微孔結(jié)構(gòu)能夠增加對(duì)流體的擾動(dòng),中心軸向速度衰減加快。隨著孔數(shù)的減少、側(cè)邊微孔流量的增加,軸向速度衰減加快;相對(duì)而言,2孔和3孔結(jié)構(gòu)中心軸向速度衰減最快。通過比較主射流和側(cè)邊微孔在8:2流量比下不同微孔結(jié)構(gòu)的火焰結(jié)構(gòu)和甲烷濃度分布情況,研究發(fā)現(xiàn)由于側(cè)邊微孔擾動(dòng)作用,增強(qiáng)了近場(chǎng)區(qū)域燃料與空氣的混合,火焰剛度增強(qiáng)而變短,射流初始區(qū)域的低溫區(qū)縮短,火焰高溫區(qū)域前移,火焰溫度峰值增高;同時(shí)火焰面卷吸空氣量的增加,火焰湍流度增強(qiáng)。對(duì)比

5、不同側(cè)邊微孔結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),2孔和3孔結(jié)構(gòu)甲烷燃燒較快,火焰的長度較短,近場(chǎng)低溫區(qū)域相對(duì)較短,中心軸線溫度上升速度較快;6孔結(jié)構(gòu)最差。并且4孔和6孔火焰由于湍流增強(qiáng)而引起火焰分段現(xiàn)象,而2孔和3孔火焰能夠保持相對(duì)連續(xù)火焰結(jié)構(gòu)。比較不同結(jié)構(gòu)的NOx組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù),0孔結(jié)構(gòu)生成NOx最多,其次依次是2孔、3孔、6孔和4孔。通過對(duì)側(cè)邊微孔結(jié)構(gòu)的冷態(tài)和熱態(tài)數(shù)值模擬,可以看出增加側(cè)邊微孔后,射流的混合作用增強(qiáng),火焰溫度峰值增大,低溫區(qū)域相對(duì)減小,高溫區(qū)