等離子體點火器湍流擴散燃燒數(shù)值模擬分析.pdf

1、等離子體點火器是等離子體技術(shù)在動力與能源工程領(lǐng)域中應(yīng)用而產(chǎn)生的一種新型點火裝置。在上世紀八十年代末，等離子體點火理論并不成熟的情況下，已經(jīng)開始了航空與陸用燃氣輪機燃燒室點火過程中的應(yīng)用。同時等離子體點火技術(shù)在電廠煤粉燃料無油點火和穩(wěn)定燃燒過程及在各類高溫?zé)峁ぴO(shè)備的燃料點火和燃燒工藝中已經(jīng)開始了應(yīng)用。 等離子體點火器的高密度能量對空氣或可燃混合物進行熱學(xué)作用，產(chǎn)生大量等離子體活性載體，使燃燒室點火的貧燃料和富燃料極限范圍變寬，點火

2、的可靠性增強。同時加速了化學(xué)反應(yīng)，燃料燃燒效率提高，節(jié)約了燃料，而對燃燒室來說，燃燒的穩(wěn)定性也增強了。 進入等離子體點火器內(nèi)的空氣和霧狀燃料經(jīng)歷的過程非常復(fù)雜，它涉及氣體湍流流動、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、輻射等過程。對描述其過程的非線性控制微分方程組，到目前還無法用解析法解出。對于燃燒設(shè)備來說，如果不能深刻理解和準確描述其工作過程，就很難將其變成更有效工作的裝置。 本文對等離子體點火器內(nèi)燃燒過程進行了三維模擬。對實際的幾何

3、模型，建立了非預(yù)混湍流擴散燃燒數(shù)學(xué)物理模型，給出其控制微分方程組。 (1)對湍流模型，選用了標準к-ε湍流模型，RNGк-ε湍流模型，分別進行了模擬計算，分析和比較了速度場、湍流動能、湍動能耗散率計算結(jié)果。認為RNGк-ε湍流模型考慮了強流線彎曲、旋渦和旋轉(zhuǎn)作用，而對等離子體點火器更合適。 (2)對輻射傳熱過程，采用了離散傳播輻射(DTRM)模型和離散坐標(DO)輻射模型，分別進行了模擬計算，分析和比較了溫度場、速度場和

4、吸收系數(shù)，(DO)輻射模型給出輻射溫度分布。認為在離散坐標(DO)輻射模型中考慮了碳黑顆粒的影響、散射的影響，對局部熱源問題可給出更好計算方法，因此可以更好地描述實際過程。 (3)運用湍流燃燒理論對等離子體點火器內(nèi)湍流燃燒過程進行了分析和描述。采用局部化學(xué)平衡假設(shè)的快速化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，選定燃料、空氣及中間產(chǎn)物共15種。將化學(xué)模型模擬出的平均混合分數(shù)、各組分的質(zhì)量分數(shù)計算結(jié)果與燃燒學(xué)的基本理論相結(jié)合描述了系統(tǒng)燃燒化學(xué)的反應(yīng)機理。