工業(yè)火炬頭燃燒特性及其防風(fēng)原理的研究.pdf

1、工業(yè)火炬是石油、化工和塑料等行業(yè)中重要的安全和環(huán)保設(shè)施。在實(shí)際使用中，多風(fēng)地區(qū)的火炬頭經(jīng)常燒壞，從而影響火炬系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了提高火炬頭的使用壽命，工程中常用的解決辦法是繞火炬簡(jiǎn)體安裝破風(fēng)圈。但是，由于試驗(yàn)的局限性以及實(shí)際測(cè)量的難度，火炬頭燃燒特性以及防風(fēng)原理的研究只是停留在理論階段，并沒(méi)有可視化或可量化的研究成果。為此，本文將通過(guò)數(shù)值模擬方法研究火炬頭的燃燒特性以及破風(fēng)圈的實(shí)際功用。
　　本論文基于Fluent軟件平臺(tái)，選擇基

2、于SST k—ω湍流模型的DES方法和Eddy dissipation燃燒模型作為數(shù)值模擬方法，采用處理壓力速度耦合關(guān)系的SIMPLE算法，對(duì)火炬頭以及不同參數(shù)的破風(fēng)圈模型進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)研究各模型的冷流動(dòng)流場(chǎng)和燃燒流場(chǎng)的基本特性，探討了風(fēng)作用下火炬頭燒壞的原因以及破風(fēng)圈的工作機(jī)理，為破風(fēng)圈的實(shí)際設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
　　本論文是在風(fēng)速U=20m/s時(shí)對(duì)火炬簡(jiǎn)體直徑D=100mm的火炬頭的流動(dòng)狀態(tài)和燃燒狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬，然后利用模擬結(jié)

3、果中各變量的云圖對(duì)火炬頭容易燒壞的原因進(jìn)行了詳細(xì)的可視化分析，得到如下結(jié)論:在冷流動(dòng)流場(chǎng)中，火炬筒體尾流區(qū)出現(xiàn)了“卡門渦街”現(xiàn)象，火炬頭的頭部噴出的CH4流入火炬筒體尾流區(qū)的旋渦結(jié)構(gòu)中，并隨旋渦結(jié)構(gòu)一起向下游流動(dòng);在燃燒流場(chǎng)中，火炬筒體的背風(fēng)面上分布著火焰，火焰面是隨旋渦結(jié)構(gòu)從火炬簡(jiǎn)體脫落和向下游擴(kuò)散的;綜上所述，在氣流作用下，火炬簡(jiǎn)體尾流區(qū)形成的旋渦結(jié)構(gòu)是火炬頭容易燒壞的主要原因。
　　之后，本論文選擇不同安裝間隙A和遮擋率k的

4、破風(fēng)圈模型進(jìn)行研究，分別對(duì)A=0.2D與k=50％、A=0.5D與k=50％以及A=0.5D和k=30％三種組合進(jìn)行數(shù)值模擬，利用模擬結(jié)果中的壓力云圖和溫度云圖對(duì)破風(fēng)圈的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行定性分析，得到如下結(jié)論:從抑制火炬筒體背風(fēng)面的高溫區(qū)域出發(fā)，當(dāng)破風(fēng)圈的遮擋率不變時(shí)，安裝間隙為0.5D的破風(fēng)圈模型的效果要優(yōu)于安裝間隙為0.2D的模型;當(dāng)安裝間隙不變時(shí)，遮擋率為50％的破風(fēng)圈模型的效果要優(yōu)于遮擋率為30％的模型;綜上所述，破風(fēng)圈的安裝間隙A