煤粉锅炉热工过程多场耦合数值计算与温度场二重仿真方法研究

摘要

煤粉锅炉炉膛内的热工过程直接影响着锅炉的热效率、寿命等技术经济指标.本文系统阐述了湍流气-粒两相流的煤粉燃烧过程中的速度场、温度场、浓度场、燃烧释热场等多场耦合的数值计算方法;并对解决多场耦合模型的降阶线性处理的二重方法进行了详细论述.在对热工综合测试结果详细分析的基础上,确定了基准工况、变化工况.本文的主要工作与创新如下:(1)应用商业软件CFX-4.3对大量工况(包括实际工况、平均工况、基准工况、变化工况等)进行了多场耦合数值计算,发现过剩空气系数过大会导致炉膛中央局部高温的现象,并通过数值计算得到了证实.(2)应用二重仿真方法对炉膛内的温度场进行了计算.即基于多场耦合数值计算的结果求出影响炉内温度场的系数矩阵K<,X><,mn>(i,j,k),再结合操作参数的变化量计算出炉膛内的温度分布.将其结果与多场耦合的结果进行了比较,对其可靠性进行了间接验证.二重仿真方法为实现炉膛内温度分布的在线监测提供了有效手段.(3)首次对锅炉结构的非对称性对二重仿真结果的影响进行了分析与计算,结果表明锅炉结构的不对称性对炉膛内温度分布的对称性有影响.因此,为进一步提高二重仿真结果的精度,需要考虑锅炉结构的非对称性影响.

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1我国燃煤锅炉的现状及其发展趋势

1.2 工程背景介绍

1.3本文主要研究内容

第2章文献综述

2.1炉内主要热工过程

2.2炉内热工状况的研究方法

2.2.1实验法

2.2.2多场耦合数值计算法

2.2.3火焰检测法

2.3多场耦合数值计算方法的研究与发展

2.3.1模型的研究

2.3.2伪扩散的研究

2.3.3网格体系的研究

第3章煤粉锅炉热工过程的数值计算模型与方法

3.1煤粉燃烧过程及其特点

3.2气-粒两相流湍流燃烧的基本方程

3.3燃烧模型

3.3.1气相燃烧模型

3.3.2煤热解挥发模型

3.3.3碳的氧化(异相反应)模型

3.4辐射换热模型

3.4.1概述

3.4.2蒙特卡洛方法

第4章炉内温度场的二重仿真方法

4.1二重仿真方法的基本思想

4.2重仿真方法的实施

第5章数值计算方法及其边界条件

5.1速度与压力的修正

5.2气-粒两相间的耦合计算方法(PSIC)

5.3物理模型及其网格划分

5.4边界条件

5.4.1确定边界条件的基本方法

5.4.2热工综合测试及其主要数据

5.4.3基准工况及其仿真工况的确定

第6章温度场的仿真结果及其分析

6.1多场耦合数值计算结果及其分析

6.1.1实际工况

6.1.2平均工况

6.1.3基准工况

6.2温度场二重仿真结果分析

6.3锅炉结构的非对称性对二重仿真结果的影响

第7章结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢