高速气体燃烧器的数值模拟

摘要

随着我国对环境保护的重视，以及“西气东输”工程的实施，我国的天然气市场得到了进一步的发展，并必将走向繁荣。由于燃气工业经历了人工煤气、液化石油气和天然气三个阶段，因此目前有大量的工业炉燃烧器的设计燃气成分是人工煤气或液化石油气，为了顺应世界燃气工业发展的大趋势，增强燃烧器对多种气源的适用性是发展过程中面临的一个重要问题。 本文选定了一种燃烧器作为对象，进行不同气源的适用性研究，并通过优化使其能够较好地适用于液化石油气和天然气。文中对选用的燃烧器建立了其物理模型，介绍了燃烧过程的数学模型，采用CFD计算软件，选用标准k-ε湍流模型、PDF燃烧模型、P-1辐射模型和热力型NOx生成模型，对高速燃烧器进行三维数值模拟。比较了相同流速下液化石油气和天然气在燃烧器中燃烧状态的区别，系统地研究了不同尺寸燃气入口直径对燃烧室内温度、速度及NOx分布的影响，并选择了最佳入口直径，同时对此直径下的液化石油气燃烧进行了分析，最后分析比较了不同过剩空气系数对燃烧室内燃烧、流动及污染物排放的影响。通过模拟，得出以下结论：以天然气为燃料的燃烧器要达到与液化石油气相同的功率需要更大的流速；使用天然气为燃料时，功率在一定范围内变化，燃烧器的燃气入口直径有一最佳值，此时有着较低的NOx排放；该入口直径能满足液化石油气的燃烧；过剩空气系数α对燃烧室内的速度、温度和NOx质量分数的分布有着很大的影响，在α=1.1左右时燃烧器的工作状态最好，过剩空气系数过大或过小都会造成燃烧的不稳定以及出口处较高的NOx质量分数。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号表

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2课题研究现状

1.2.1国内外燃气技术发展

1.2.2高速燃烧器简介

1.3主要研究内容

第二章 数值模拟的理论基础

2.1计算流体力学简介

2.2湍流的计算方法及基本方程

2.2.1湍流及其计算方法

2.2.2湍流流动的基本方程

2.3本章小结

第三章 物理模型和数学模型

3.1物理模型及网格划分

3.2数学模型

3.2.1流体流动模型

3.2.2湍流燃烧模型

3.2.3辐射模型

3.2.4污染物生成模型

3.3控制方程的求解

3.3.1控制方程的离散

3.3.2 SIMPLE算法

3.3.3施加边界条件

3.3.4收敛情况

3.4本章小结

第四章 计算结果及分析

4.1燃烧器的相关计算

4.2不同燃料对燃烧室内速度场、温度场的影响

4.3在达到相同功率时天然气燃烧器的相关计算及燃烧的数值模拟

4.3.1相关计算

4.3.2对速度场和温度场的影响

4.4不同燃气入口直径对温度场、速度场及NOx质量分数的影响

4.5在最佳入口尺寸下使用液化石油气时的燃烧情况

4.6不同过剩空气系数α对流场、温度场和NOx质量分数的影响

4.7本章小结

第五章 结论与建议

5.1论文结论

5.2进一步研究的建议

参考文献

致 谢

附 录