船用增压锅炉燃烧的数值模拟

摘要

船用增压锅炉在船舶动力中的应用优势之一是它具有体积小，重量轻，输出功率大的优点。取得这些优势的根本是提高锅炉炉膛的压力，缩小炉膛的体积，提高烟气的质量流速，最终提高锅炉换热面的面积热负荷。增压锅炉炉膛内的燃烧过程是其运行中的重要一环。本文正是采用数值模拟的方法对这重要的一环作具体的分析。 燃烧过程本是一个复杂的过程，通过数值模拟的手段可以降低设计制造的成本，提高实验工作的效率，减少设计的错误和重复。利用数值模拟的方法模拟增压锅炉炉内燃烧过程和分析炉内空气动力特性也将面临许多工作。本文利用成功的商用软件——FLUENT 6.2.16作为数值模拟的平台。为了提高模拟的准确性，真实反映炉内的空气动力特性，炉膛几何模型采用1∶1的比例建造，在炉膛出口还增加了五排对流管束。船用增压锅炉的燃料采用重油。重油在炉膛内先经过雾化器雾化成细小的燃油颗粒，然后喷射入炉膛与助燃空气混合燃烧。燃油的雾化、加热、蒸发、沸腾的数学模型为颗粒相模型，湍流流动的数学模型为标准的к-ε双方程模型。采用简单平衡化学反应模型模拟燃油的燃烧反应。本文重点讨论了全负荷工况下的锅炉炉膛内部的空气动力特性和温度场特性。炉内特殊的空气动力特性也使对流管束和水冷壁的热流率呈现特殊的分布，尤其关注对流管束的热流率分布不均匀性。由于增压的作用，炉膛内烟气的质量流量大大增加，这时在水冷壁及对流管束上的对流换热量占总换热量的比重不可忽视。另外，对锅炉不同工况下的简化炉膛的燃烧流场进行了模拟，得出了一些有参考价值的数据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的背景

1.1.1船用增压锅炉简介

1.1.2燃烧的数值模拟技术简介

1.2课题的意义

1.3课题研究的内容

第2章燃烧流场的几何区域及几何边界

2.1几何模型及网格生成

2.2本章小结

第3章炉膛冷态等温湍流流动

3.1湍流粘性系数模型

3.2增压锅炉炉膛冷态空气动力特性

3.2.1炉膛内空气动力特性

3.2.2对流管束区的空气动力特性

3.3本章小结

第4章燃油的雾化

4.1颗粒相模型

4.2雾化器模型

4.3燃油的雾化

4.4本章小结

第5章增压锅炉热态炉内空气动力特性

5.1湍流燃烧模型

5.1.1简单化学反应模型

5.1.2湍流扩散火焰的k-ε-g模型

5.1.3 PDF的计算

5.2传热和辐射模型

5.2.1传热模型

5.2.2辐射模型

5.3各工况下炉膛的空气动力特性及换热特性

5.3.1 100％负荷下炉膛空气动力特性及换热特性

5.3.2 90％负荷下炉膛空气动力特性及换热特性

5.3.3 70％负荷下炉膛空气动力特性及换热特性

5.3.4 50％负荷下炉膛空气动力特性及换热特性

5.3.5 20％负荷下炉膛空气动力特性及换热特性

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢