直流燃烧器一次风通道内气固两相流动数值模拟

摘要

电站锅炉燃烧器是整个锅炉燃烧系统中的重要部件，其中气体－煤粉颗粒的两相流动特性对于炉内燃烧的效率和稳定性有着重要的影响，正确预报颗粒浓度以及各相速度和湍动能的分布，将有助于燃烧器结构和工况的优化设计。故而，开展与此相关的学术研究具有重要的工程意义。本文以某电厂新型浓淡直流煤粉燃烧器为研究对象，通过实验和数值模拟的方法对燃烧器内的冷态气固两相流动进行了研究。 首先，运用三维粒子动态分析仪（PDA）对燃烧器一次风通道内气固两相流场进行了测量，得到了燃烧器一次风通道内气固两相速度分布、湍动能分布和颗粒浓度分布。 再次，本文基于气固两相双流体湍流模型，运用自行发展的一套计算程序，对燃烧器内气体—颗粒两相流动进行了数值模拟。其中，根据稀相流动假说，采用单向耦合模型描述相间作用，并在固相方程中考虑了颗粒扩散效应。 通过对实验测量与数值模拟所得到的结果的比较分析，发现了该燃烧器设计的不合理因素，揭示了燃烧器内两相流动的机理以及其结构特征对于流场的影响,如：燃烧器内的双弯头效应和菱形障碍块的具体作用等。 最后，本文以实验测量和数值模拟的结果分析为依据，对燃烧器结构进行了优化设计，并通过数值模拟的手段验证了新设计的合理性。