自激抖动射流燃烧器的数值模拟及实验研究

【摘要】：在国内很多城市推广的“煤改气”政策及天然气作为一种优质、高效、清洁能源广泛运用于各个行业的背景下,以气体燃料高效燃烧及低污染物排放为目的,设计了自激抖动射流燃烧器及其燃烧实验研究系统,对其进行了速度场、温度场及燃烧产物中NOx含量变化规律的数值模拟,并开展了相应的实验研究工作。首先,通过查阅国内外相关文献,在前人研究的基础上设计并制造出了五种自激抖动射流燃烧器,其技术关键为非圆形入口突扩腔体的结构特点。为了与自激抖动射流形成对比,还设计并制造了四种自由射流燃烧器。经过实验研究方案优化后,确定了整个实验系统的设计方案,最后根据此方案搭建了整个实验装置。其次,开展了自激励抖动射流燃烧器和自由射流燃烧器的模拟工作。分析了基本控制方程并选取了合适的数学模型。建立了以非圆型入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的设计尺寸为标准的几何物理模型,对其进行网格划分,最后根据燃烧器的热负荷和环境参数设定了数值模型的初始边界条件,根据各方程的收敛标准对残差进行设定,对计算收敛后的结果进行输出。由于计算区域的非轴对称性,分别取xy和xz两个平面作为参考平面,分析了非圆型入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器和自由射流燃烧器的速度场、温度场以及NO浓度场,从数值模拟方面验证了使用自激抖动射流燃烧器能实现天然气的高效低污染燃烧。最后,开展了自激励抖动射流燃烧器和自由射流燃烧器的实验研究工作。在自由空间进行点火实验时,研究并分析各个燃烧器的燃烧火焰的形状与体积,在燃烧室内进行温度场测量时,通过测量各个测点的温度,推断出燃烧室内的温度分布,并对烟气成分进行分析,研究各个燃烧器在不同过剩空气系数和不同负荷工况下对燃烧室内温度场及燃烧产物的影响规律。得出最后结论：自激抖动射流燃烧器实现节能减排的关键因素是射流中自激抖动的存在。本文为燃气工业锅炉及炉窑根据本身的结构特点,选择合适的自激抖动射流燃烧器提供理论依据。
【关键词】：自激抖动 非圆型入口突扩腔体 燃烧器 数值模拟 实验研究
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ052.7