煤粉射流燃燒及火焰?zhèn)鞑サ拇鬁u模擬.pdf

1、在全球能源短缺、環(huán)境污染問題日益嚴峻的大背景下，節(jié)能環(huán)保已成為各國面臨的重要問題。提高傳統(tǒng)能源的生成和利用效率是緩解能源短缺和環(huán)境污染的重要手段之一。如何提高煤粉燃燒效率和燃燒穩(wěn)定性，對我國這樣一個產(chǎn)煤大國的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，我國大部分火力發(fā)電機組的鍋爐均為煤粉爐，其燃燒過程中所需的煤粉由布置在爐膛上的煤粉燃燒器提供，對煤粉射流燃燒的深刻認識是高效、清潔的燃燒設備優(yōu)化設計和運行的基礎。
　　 煤粉射流燃燒是一種十分復

2、雜的物理、化學過程，涉及揮發(fā)份逸出、焦碳燃燒、輻射傳熱、氣固兩相流動及氣相湍流燃燒等，目前對煤粉射流燃燒過程的認識仍不夠清晰。隨著計算流體力學、計算燃燒學以及現(xiàn)代計算機軟硬件技術的快速發(fā)展，使得煤粉射流過程較為精確的數(shù)值模擬成為可能。
　　 本文圍繞煤粉射流燃燒開展研究，以典型水平射流為研究對象，探索了適合氣固兩相湍流燃燒模擬的方法。論文采用了開源CFD計算程序包OpenFOAM，運用大渦模擬方法(LES)模擬煤粉射流火焰特性。

3、其中，氣粒兩相流動采用歐拉-拉格朗日顆粒軌道模型，用PSIC方法求解兩相之間的相互作用；采用半經(jīng)驗的Rosin-Rammler公式來表示顆粒尺寸分布；采用一方程渦粘模型求解亞網(wǎng)格湍流應力；揮發(fā)份釋放采用雙揮發(fā)反應模型；焦炭燃燒采用動力-擴散有限速率表面反應模型；氣相湍流燃燒采用EBU-Arrhenius模型；爐內(nèi)輻射換熱采用P-1模型。預測了爐內(nèi)瞬時溫度場、壓力場、速度矢量場及組分濃度場等分布。
　　 采用該方法模擬氣-固兩相煤

4、粉湍流射流燃燒，將模擬結果與文獻中的實驗數(shù)據(jù)及雷諾平均方法(RANS)的模擬結果進行對比，驗證了大渦模擬方法及所用模型的有效性和優(yōu)越性。改變射流速度，使火焰中心位于計算區(qū)域的較佳位置，從而在爐內(nèi)建立一個較好的燃燒動力場，并由此獲得了一個優(yōu)化射流速度。此外，還基于該優(yōu)化速度，研究了不同煤粉顆粒尺寸和不同揮發(fā)份含量下的煤粉燃燒特性，得到了不同因數(shù)對煤粉強度和穩(wěn)定性的影響。該分析結果為煤粉燃燒的詳細研究和燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設計奠定了理論基礎。研究