新型低NOx燃烧器和循环流化床中的气固流动特性研究

摘要

新型低NOx燃烧器集水平浓淡燃烧、周界风偏置和螺旋扭曲叶片、叶片中央开缝于一体,反映最新的煤粉燃烧技术.本文对这种燃烧器进行了试验研究,试验共计48个工况,试验因素包括燃烧器结构(4种),输送速度U(18m/s~28m/s),输送固气比μ(0.25~0.6kg/kg).试验结果显示:低NOx燃烧器浓淡侧气速比与结构有关,与输送速度U无关.浓侧射流固气比随着U和μ的增大而增大,淡侧射流固气比随着U的增大而减小,随着μ的增大而增大;管道中布置阻挡锥将使燃烧器单相阻力系数ξ增加27.8％~34.2％,淡侧固气比减小21.3％;平直隔板开缝对浓淡侧固气比没有明显影响,但使ξ增加5.6％~10.9％;试验得到的燃烧器阻力损失最大值为430Pa,最小值为160 Pa.在试验研究的基础上,本文采用基于欧拉方法的双流体模型,对新型低NOx燃烧器中的气固两相流进行了数值研究,数值计算了96个工况,模拟因素包括:燃烧器结构(8种),输送速度U(18m/s~28m/s),输送固气比μ(0.25~0.6kg/kg).结果显示:隔板开缝可以平衡浓淡侧静压;隔板开缝和阻挡锥都能使浓侧质量流量增大,淡侧质量流量减小;浓淡侧的质量流量随着输送速度U和输送固气比μ的增加而增加;扭曲叶片开缝时燃烧器两相阻力系数ξ<,μ>增加1.3％;布置阻挡锥时,ξ<,μ>增加10.1％;低NOx燃烧器内气固两相流的数值模拟与试验结果基本一致.本文还对CFB中的边壁下降流进行了初步的数值研究,结果表明边壁下降流的生命周期大约是1s.

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第一章绪论

1.1前言

1.2气固多相流动的工程应用

1.3气固多相流数值研究方法及其进展

1.4本文的工作和任务

第二章低NOX燃烧器的试验研究

2.1引言

2.2燃煤过程中的NOx生成机制及控制技术

2.2.1 NOx的生成机理

2.2.2低NOx燃烧技术的发展

2.3低NOx燃烧器的发展现状

2.4气固两相流的相似与模化

2.4.1相似模化的基本原理

2.4.2气固两相流的相似模化

2.4.3试验系统的相似准则数

2.5低NOx燃烧器试验系统

2.6试验内容和测试方法

2.7试验结果与分析

2.7.1低NOx燃烧器中的单相流

2.7.2低NOx燃烧器中的两相流

2.8本章小结

第三章气固两相流的数值计算理论

3.1基本微分方程

3.1.1通用微分方程

3.1.2连续性方程

3.1.3动量方程

3.1.4能量方程

3.2湍流模型

3.2.1引言

3.2.2 K-ε双方程模型

3.3低NOx燃烧器中气固两相流的数值模拟

3.3.1基于欧拉法的计算模型

3.3.2 Euler模型

3.4数值计算方法

第四章低NOx燃烧器的数值模拟结果

4.1低NOx燃烧器计算模型

4.2计算工况

4.3边界条件

4.4收敛性判定

4.4气流场模拟结果

4.4.1低NOx燃烧器的压力特性

4.4.2低NOx燃烧器的湍动能特性

4.4.3低NOx燃烧器的浓淡侧速度比特性

4.4.4低NOx燃烧器的浓淡侧质量流量特性

4.4.5低NOx燃烧器的阻力特性

4.5两相流场的模拟结果

4.5.1低NOx燃烧器的压力特性

4.5.2低NOx燃烧器的湍动能特性

4.5.3低NOx燃烧器的浓淡分离特性

4.5.4低NOx燃烧器的浓淡侧质量流量特性

4.6低NOx燃烧器的阻力特性

4.7本章小结

第五章CFB中边壁下降流的可视化研究

5.1引言

5.2 CFB内部气、固流动结构的研究现状

5.3 CFB传热研究的进展

5.4目前的研究方法

5.5计算模型介绍

5.6计算结果

第六章结论与展望

致谢

参考文献

附录A试验数据

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果