高温空气燃烧炉内燃烧特性的数值模拟

摘要

高温空气燃烧技术作为一种新型燃烧技术，在我国冶金行业中得到了广泛应用。但是在应用中存在着诸如炉压不稳、控制难度高等问题，因此，开展高温空气燃烧技术的理论研究具有重要意义。 本文以FLUENT软件为计算工具，采用k-ε湍流双方程模型、PDF燃烧模型和离散坐标辐射传热模型，热力型NO<,X>生成模型，以模型炉为对象对低热值煤气在空气-煤气双预热情况下的高温空气燃烧过程进行了数值模拟。 分别对平行、交错和逆向三种不同烧嘴布置方式进行了高温空气燃烧湍流流动的稳态模拟，得到了流场、温度场、燃烧产物的浓度场分布。分析结果表明：与平行和逆向布置相比，烧嘴交错布置时，高温空气燃烧的湍流流动可产生大面积的回流区，有利于流场的合理组织和低氧条件的有效形成。回流区的形成能够实现燃烧产物的循环而产生低氧条件，从而实现低NO<,X>排放。 对烧嘴交错布置下燃烧换向后的非稳态过程进行数值研究，获得不同时刻下的炉内流场、温度场和浓度场。分析结果表明：在换向后的3秒之内，燃烧室内流场、温度场和浓度场较换向前变化巨大，而在3秒之后，燃烧室内逐步趋于稳定，又形成了稳定的燃烧，直至下一个换向前。 该研究为认识高温空气燃烧加热炉换向过程中的炉况，解决炉子运行中存在的问题，丰富对高温空气燃烧过程的认识，具有重要意义。

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第一章绪论

1.1我国钢铁工业的发展、能源消耗现状及节能状况

1.2我国钢铁工业的污染状况及NOx的危害

1.3高温空气燃烧技术应用与研究现状

1.4立题的目的及意义

第二章高温空气燃烧过程的数学模型与理论基础

2.1基本方程

2.2湍流输运系数模型

2.3湍流扩散燃烧模型

2.4辐射换热模型

2.5 NOx的生成机理

2.5.1 NOx热力型(Thermal)生成机理

2.5.2 NOx快速型(Prompt)生成机理

第三章燃烧过程数值计算概述和FLUENT软件介绍

3.1燃烧过程数值计算概述

3.2 FLUENT和GAMBIT软件介绍

3.2.1 FLUENT软件介绍

3.2.2 GAMBIT软件介绍

3.2.4 FLUENT软件计算流程

第四章高温空气燃烧的稳态数值模拟及分析

4.1物理模型的结构模化以及相关计算条件

4.1.1物理模型的结构模化

4.1.2数值模拟的初始条件

4.1.3模拟方案

4.1.4控制条件

4.1.5收敛标准

4.2稳态燃烧的模拟结果及分析

4.2.1流场分布及结果分析

4.2.2温度场分布及结果分析

4.2.3燃烧产物浓度场分布及结果分析

第五章高温空气燃烧的非稳态数值模拟及分析

5.1研究工况说明

5.2非稳态燃烧数值结果及分析

5.2.1换向后一个周期内不同时刻的流场分布及结果分析

5.2.2换向后一个周期内不同时刻的温度场及结果分析

5.2.3换向后一个周期内不同时刻的NOx分布图及结果分析

第六章结论

参考文献

致谢