煤粉射流燃燒及火焰?zhèn)鞑サ拇鬁u模擬.pdf

1、在全球能源短缺、環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻的大背景下，節(jié)能環(huán)保已成為各國(guó)面臨的重要問(wèn)題。提高傳統(tǒng)能源的生成和利用效率是緩解能源短缺和環(huán)境污染的重要手段之一。如何提高煤粉燃燒效率和燃燒穩(wěn)定性，對(duì)我國(guó)這樣一個(gè)產(chǎn)煤大國(guó)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，我國(guó)大部分火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐均為煤粉爐，其燃燒過(guò)程中所需的煤粉由布置在爐膛上的煤粉燃燒器提供，對(duì)煤粉射流燃燒的深刻認(rèn)識(shí)是高效、清潔的燃燒設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行的基礎(chǔ)。
　　 煤粉射流燃燒是一種十分復(fù)

2、雜的物理、化學(xué)過(guò)程，涉及揮發(fā)份逸出、焦碳燃燒、輻射傳熱、氣固兩相流動(dòng)及氣相湍流燃燒等，目前對(duì)煤粉射流燃燒過(guò)程的認(rèn)識(shí)仍不夠清晰。隨著計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算燃燒學(xué)以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，使得煤粉射流過(guò)程較為精確的數(shù)值模擬成為可能。
　　 本文圍繞煤粉射流燃燒開(kāi)展研究，以典型水平射流為研究對(duì)象，探索了適合氣固兩相湍流燃燒模擬的方法。論文采用了開(kāi)源CFD計(jì)算程序包OpenFOAM，運(yùn)用大渦模擬方法(LES)模擬煤粉射流火焰特性。

3、其中，氣粒兩相流動(dòng)采用歐拉-拉格朗日顆粒軌道模型，用PSIC方法求解兩相之間的相互作用；采用半經(jīng)驗(yàn)的Rosin-Rammler公式來(lái)表示顆粒尺寸分布；采用一方程渦粘模型求解亞網(wǎng)格湍流應(yīng)力；揮發(fā)份釋放采用雙揮發(fā)反應(yīng)模型；焦炭燃燒采用動(dòng)力-擴(kuò)散有限速率表面反應(yīng)模型；氣相湍流燃燒采用EBU-Arrhenius模型；爐內(nèi)輻射換熱采用P-1模型。預(yù)測(cè)了爐內(nèi)瞬時(shí)溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、速度矢量場(chǎng)及組分濃度場(chǎng)等分布。
　　 采用該方法模擬氣-固兩相煤

4、粉湍流射流燃燒，將模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及雷諾平均方法(RANS)的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了大渦模擬方法及所用模型的有效性和優(yōu)越性。改變射流速度，使火焰中心位于計(jì)算區(qū)域的較佳位置，從而在爐內(nèi)建立一個(gè)較好的燃燒動(dòng)力場(chǎng)，并由此獲得了一個(gè)優(yōu)化射流速度。此外，還基于該優(yōu)化速度，研究了不同煤粉顆粒尺寸和不同揮發(fā)份含量下的煤粉燃燒特性，得到了不同因數(shù)對(duì)煤粉強(qiáng)度和穩(wěn)定性的影響。該分析結(jié)果為煤粉燃燒的詳細(xì)研究和燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。研究