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行业新闻

水平浓淡生物质颗粒燃烧机内气同两相流的数值模拟

水平浓淡生物质颗粒燃烧机内气同两相流的数值模拟

摘  要:为了揭示煤粉气流在带有弯管、方圆接头、可调浓淡煤粉分离装置及喷口前直管段内的运动轨迹及分离机理,将新型可调水平浓淡煤粉椭圆锥生物质颗粒燃烧机喷口前弯管、方圆接头、可调浓淡煤粉分离装置及直管段作为整体,采用RNG K专模型和随机轨道模型,通过颗粒与流体耦合的PISC算法,对管内气固两相流进行了数值模拟。模拟结果表明弯管是一种经济而有效的煤粉分离装置,可调浓淡煤粉分离装置可调节生物质颗粒燃烧机向火侧和背火侧的煤粉浓度,为其进一步完善和广泛应用提供了理论依据。

    水平浓淡生物质颗粒燃烧机由于具有煤粉浓度可调和能够满足高效、稳燃、防结渣及低NOx排放要求等优点而日益受到重视和应用,但目前对浓淡煤粉燃烧器内气固两相流特性的研究一般都基于实验。虽然,近年来对气固两相流数值模拟的研究有了很大的发展,而许多模拟都局限于只有弯管或只有撞击块等情况,对既有弯管又有分离装置的研究很少[111。本文将弯管、方圆接头、分离装置作为整体进行研究采用RNG k-£模型及随轨道模型对水平浓淡生物质颗粒燃烧机内气固两相流进行了数值模拟和分析,为其进一步完善和应用提供了依据。

1数学模型

    水平生物质颗粒燃烧机内气固两相流动是一种复杂的流动现象。本文采用欧拉法和拉格朗日法进行气相流动和颗粒相流动的研究,并采用PISC算法进行二者的耦合。

1.1气相流动的数学模型

    气相流动采用N-S方程进行描述,考虑到所模拟的弯管及直流生物质颗粒燃烧机内为非旋转射流,而且要求封闭紊流方程,采用RNG k-e方程模型H。在高雷诺数下,重振动能理论的湍流动能方程和耗散率边界条件:在生物质颗粒燃烧机进口处给出本质边界条件,出口处给定白然边界条件。在壁面附近存在较大的速度梯度,如果单靠增加网格进行计算,必然加大计算时间及计算机内存,本文采用壁面函数来计算,即在第一个网格节点采用代数法处理后。

1.2颗粒相流动的数学模型

2数值计算方法

    数值计算方法采用有限容积法离散基本方程,气相控制方程的计算采用Simple算法上迎风差分格式,颗粒相采用拉格朗日法进行计算并利用PISC算法进行二者的耦合。由于模拟结构的复杂性,采用四面体的非结构化网格,网格尺寸接近30mm,网格数量约200000,计算精度达到101数量级,能够满足所需精度要求。模拟结构如图1所示,网格的划分如图1所示。

3  椟拟结果及分析

3.1模拟结果

    本文对10个不同工况(a,日取不同值)下的气相流动及不同粒径的颗粒在生物质颗粒燃烧机内及生物质颗粒燃烧机前直管段的运动轨迹进行了模拟。图3和图4给出一组工况下的模拟结果。

3.2模拟结果分析

    (1)生物质颗粒燃烧机内气相速度分布与a、日都有关系,第1期荆有印,等:水平浓淡生物质颗粒燃烧机内气固两相流的数值模拟    。67。且与a关系较大,当a增大时,浓淡两侧的速度差增大。

    (2)挡板背风侧由绕流边界层分离产生的回流区是造成浓淡两侧速度差急剧增大的重要原因,而且挡板的角度仅越大,挡板背风侧的回流区越大,调节挡板角度可改变回流区的大小。

    (3)挡板角度a与浓淡分离效果有密切的关系,a越大,则浓淡分离效果越好。

    (4)来流速度降低后,颗粒速度随之降低,颗粒惯性减小,射流刚性减弱,分离率降低,反映在颗粒轨迹上,就是轨迹更直一些。

4结论

    本文将弯管、方圆接头、分离装置作为整体进行研究,采用RNG k-£模型及随轨道模型对水平浓淡生物质颗粒燃烧机内气固两相流进行了数值模拟并对模拟结果进行了分析。模拟结果表明弯管是一种经济而有效的煤粉分离装置,可调浓淡煤粉分离装置可调节生物质颗粒燃烧机向火侧和背火侧煤粉浓度.为研究及广泛应用提供了理论依据。

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点击次数:  更新时间:2017-12-06 09:32:45  【打印此页】  【关闭