燃烧器出口流场的PIV测量与分析

摘要

由于能源短缺和环境污染问题的加剧，人类积极研究新方法、新技术，对现有设备进行改造升级，提高能源利用效率，抑制污染物的排放。燃烧器是一种将燃料内部的化学能转化成热能的装置，它的作用决定了它的使用范围非常广泛。燃烧器出口流场的流动是非常复杂的湍流流动，旋流燃烧器出口流场的流动属于自由淹没旋转射流问题，若再包含喷雾场部分，则上升为极端复杂的带旋流的两相流动问题。因此，对旋流燃烧器出口流场的研究，既有很强的实际应用价值，又有很重要的科学意义。
　　本文以某实际型号增压锅炉燃油燃烧器为研究对象，搭建了适合激光测量的实验台,选取PIV作为测量手段，对燃烧器后的流场进行了测量。测量内容包括：9.6m/s和15.2m/s来流速度下的气相场、无风条件下的喷雾场和9.6m/s与15.2m/s来流速度下受旋流风作用的喷雾场。其中根据PIV测量特点采用体积平均方法对PIV实验数据进行处理，消除了实验数据的随机性，得到了规律性的结论，并使大视场的流场测量成为可能。文中还详细介绍了体积平均方法中的多尺度分块方法和移动平均方法。通过应用多尺度分块方法对上述工况实验数据进行处理的结果，提出了一种获得主流区外轮廓曲线的方法并得到了上述各工况主流区外轮廓曲线的数学表达式，研究了影响轮廓线形状的因素，来流速度变化对主流区外轮廓线的影响及无旋流风和有旋流风情况下主流区外轮廓线的变化情况；通过应用移动平均方法对流场轴向速度进行处理，分析了来流速度变化对轴向速度的影响，并通过比较气相场、无风喷雾场和旋流风作用下喷雾场的差异，得到了旋流风对喷雾场轴向速度的作用情况。此外，还分析了各工况下燃烧器出口的流线图，探讨了燃烧器出口流场气流流动现象形成的原因。
　　本文中多尺度分块方法和移动平均方法的应用，各种工况下主流区外轮廓线及影响其形状因素的获得，轴向速度分布规律及对流场流线的分析，燃烧器出口流场的研究，为增压锅炉旋流燃烧器的设计提供了可靠的依据，这对提高整套系统能源利用效率、降低污染物排放都具有积极意义。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 实验台介绍及实验数据处理方法

2.1 相似与模化

2.2 实验台介绍

2.3 实验过程

2.4 实验数据的处理

2.5 本章小结

第3章 燃烧器冷态旋流风流场的测量与分析

3.1 9.6m/s来流速度下燃烧器出口气相速度场分布

3.2 进口风速变化对燃烧器出口气相场速度分布的影响

3.3 本章小结

第4章 燃烧器无旋流风喷雾场的测量与分析

4.1 无风条件下喷雾场主流区域外轮廓线分析

4.2 无风条件下喷雾场vx变化分析

4.3 无风条件下出口附近喷雾场流线分布

4.4 本章小结

第5章 旋流风作用下燃烧器喷雾场的测量与分析

5.1 9.6m/s来流速度下喷雾场速度分布

5.2 15.2m/s来流速度下喷雾场速度分布

5.3 不同来流速度下喷雾场速度分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢