富氧燃烧炉内辐射传热特性研究

摘要

在未来的燃煤电厂运用富氧燃烧技术对二氧化碳的捕获是很有前景的选择之一。富氧燃烧炉内燃烧气体辐射特性和热传导特性有别于空气燃烧炉。目前，仅有少量文献为富氧燃烧条件下的产物提供合适的辐射特性计算的关联式。现有的关联式是基于早期版本的HITRAN数据库，在温度高于1000K条件下的燃烧产物应用数据时对光谱强度的预测是不准确的。本文通过以基于HITEMP2010数据库的逐线法较高精度的计算为参考，修正基于统计窄谱带模型的RADCAL程序的计算结果来预测在富氧燃烧条件下的辐射特性。
　　本文主要研究以下内容：
　　（1）在总结国内外有关富氧燃烧及其气体辐射换热计算技术的发展，分析气体辐射换热计算在富氧燃烧以及其他诸多领域的应用及发展前景，归纳气体辐射的特性以及计算气体辐射时所需要的物理量的基础上，对每种辐射模型的优缺点进行评价，重点对灰体模型和统计窄谱带模型的计算过程进行详细的评价，并分析本文运用统计窄谱带模型进行气体辐射换热计算的原因。
　　（2）改进已有的统计窄谱带模型计算程序，计算在不同工况下富氧燃烧产物（混合气体）的总辐射量、总发射率、光谱辐射强度、光谱透射率等参数，并对计算结果加以比较分析。结果表明：摩尔比率（混合气中水蒸气和二氧化碳的体积分数的比值）和压力行程主要影响混合气的光谱透射率随波长变化的波动所在范围，而温度主要影响光谱透射率大小在波长范围的分布。与高计算精度的基于HITEMP2010数据库的逐线计算所得混合气体总发射率曲线的比较表明：窄带模型在1bar m的压力行程和500～2500K温度范围内，计算精度较高；在10bar m压力路径和大于1000K的计算精度不合理。另外，通过比较分析修正统计窄谱带模型计算出的相关参数，为下一步富氧燃烧炉内非灰模型和灰体模型的数值计算奠定基础。
　　（3）将统计窄带模型计算得到的气体辐射特性用于模拟富氧燃烧炉内高温烟气的辐射换热模拟。应用FLUENT软件，结合非灰气体辐射特性，计算了不同工况下炉内的速度分布、温度分布以及辐射换热量，并与将气体作为灰体处理的结果进行了比较。结果表明：使用非灰模型对富氧燃烧炉内传热和流动的模拟较为精确，而非灰模型灰带的划分越精细，其模拟的结果就越准确。

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第一章 绪论

1. 1 本文研究背景及目的

1. 2国内外研究现状与发展趋势

1. 3 本文研究内容与方法

第二章 各种气体辐射换热计算模型

2. 1 各种模型简介

2. 2 气体辐射模型评价

2. 3 气体辐射换热主要物理量

2. 4 灰体模型

2. 5 统计窄带模型

2. 6 本章小结

第三章 窄带模型计算富氧条件下的气体辐射特性

3. 1 透射率的计算

3. 2 辐射量的计算

3. 3 三个吸收系数及总发射率的计算

3. 4 不同MR值和P L值的辐射特性计算结果分析

3.5 与基于HITEMP2010数据库的逐线计算法理论计算结果比较

3. 6 本章小结

第四章 富氧燃烧锅炉内辐射换热计算及比较

4. 1物理模型

4. 2 富氧燃烧锅炉在FLUENT中的辐射模型的选取

4. 3 边界条件的设立

4. 4 模拟计算的结果

4. 5 本章小结

第五章 总结与展望

5. 1 全文总结

5. 2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢