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行业知识

生物质浓淡生物质燃烧机喷口气固两相流动的数值模拟

生物质浓淡生物质燃烧机喷口气固两相流动的数值模拟

摘  要:在实验基础上,运用RN C-ASM和FCFSRT模型对生物质旋流浓淡生物质燃烧机的气固两相流进行数值模拟,并与实验结果进行对比,得出了合理的颗粒速度场和浓度场;比较和计算了浓缩和未浓缩的颗粒场特性,说明了浓淡分离生物质燃烧机的浓淡燃烧的机理:最后对浓淡分离生物质燃烧机生物质混合特性作了数值模拟,指出了生物质浓淡混合的区域图10参6

 0引言

    生物质浓淡生物质燃烧机由于其生物质浓度可调、低负荷稳燃低NQ排放等性能而得到广泛应用,但对生物质浓淡生物质燃烧机喷口两相流动特性的研究,一般都基于实验因为对旋转流动的两相流动数值模拟研究,没有较好的模型,k-Xkp模型‘11的模拟结果与实验结果差别较大。特别在回流区附近因此,旋转流场的颗粒场特性的研究不够充分。

    由于确定流场频谱的困难,气固两相流颗粒湍流脉动频谱随机轨道模型(FSRT模型)‘21在工程上的应用受到限制作者曾提出确定流场特征频率和频谱的方法,继而提出了脉动特征频率—频谱随机轨道模型(FCFSRT模型户1,并使用该模型数值模拟了小尺度范围内的颗粒湍流扩散问题,但未在工程两相流动中使用。

    本文在实验研究的基础上,使用FCFSRT模型对生物质旋流浓淡生物质燃烧机的气固两相流进行数值模拟。主要对颗粒场的模拟方法和结果进行分市斤o

 1  FCSFSRT

    对生物质旋流浓淡生物质燃烧机喷口流场流动采用作者提出的RN G-A SM模型。使用交错网格的SIM PLE方法,按轴对称流场计算,网格在一、二次风出口处布置较密,其它地方较疏(图1),且随数的变化而变化,网格数为12~ 5Q参考每一工况跌代500次左右时,计算精度达到10 5教量级,气流场的计算结果见参考文献[4]计算结果和实验结果吻合得很好。

    在计算时,颗粒运动方程(1)采用参考文献中的空间变量法计算,使用参考文献[1]中的统计方法进行颗粒场量统计,两相流耦合计算时,对源项使用韦伯分布_进行处理

2结果分析

    首先不考虑气固耦合计算,给出颗粒运动的轨迹图2和图3是2种不同浓缩比时的全部颗粒轨迹图dp= 44-m,取实验用颗粒的平均值比较2图可以看出:浓缩比为5:1时的颗粒轨迹浓缩比为1:1的颗粒轨迹靠近对称轴处

    颗粒的浓度分布和速度分布用(1Ⅸ100<100) 10s条颗粒轨迹统计而成图4是轴向气相速度和轴向颗粒相速度的比较。通过比较可以看出气固两相轴向速度的差别:

    (1)颗粒相轴向速度分布比气相轴向速度分布窄,峰值位置更靠近回流区

    (2)每一截面上颗粒速度最大值比气相速度最大值更大,双峰更陡,而同一截面向外边界的颗粒速度衰减比气相速度的衰减快。

    (3)在回流区内,颗粒的回流速度比气相的回流速度小,一方面的原因进入回流区的颗粒轨迹比实际情况要少:另一方面,速度的统计不十分准确切向气相速度和颗粒相速度的比较,它们的差别是:

    f 11颗粒相切向速度的峰值比气相切向速度的峰值大    (2)在流场上游,回流区附近,颗粒相切向速度的峰值比气相切向速度更靠近回流区

    (3)在对称轴附近,颗粒相切向速度的峰值比气相切向速度小。先不考虑浓淡分离,即从每个网格发出的

    浓淡分离的一个重要特征是生物质能富集于回流区边界附近。以达到强化燃烧的目魄生物质浓度浓淡比为7:1时,颗粒浓度的基本形状与浓淡不分离的形状相似(图6),但高浓度区域向回流区靠近,这种浓度分布有利于生物质的点火和燃烧,即是浓淡分离稳燃机理所在

    是否浓淡分离对颗粒浓度分布的差别对燃烧器的影响是重要的,这种差别可从浓度最大值位置来考虑图7是同一工况下浓缩和未浓缩的颗粒浓度最大值的比较,取自图5和图6虽然这个差别的数量不大,但影响是大的。

  图7是否浓缩颗粒浓度最大值的轴向分布对比。  未浓缩实验值㈣{}浓缩实验值  相应的计算值粒数是相同的。从图5可以看出:浓度分布和速度分布相类似,呈双峰型结构,随轴向距的增大,峰值逐渐下降。约在x /D=3.2后,颗粒分布均匀化但颗粒分布要比速度分布窄,即颗粒的横向扩散比气相的横向扩散慢,颗粒浓度最大值位置要比气相速度最大值位置更靠近回流区。颗粒的浓度分布虽然使用了1d条颗粒轨迹统计而成,但计算曲线不光滑。这是随机颗粒轨道型模型的缺陷所在,但计算盐线与实验结果无论是分布范围,还是幅值都比较吻合相应的计算值

    为了考察浓淡两股生物质流的混合情况,分别计算了仅浓侧生物质和仅淡测生物质引起的喷口颗粒浓度场(图8,图9、将上述两种相对浓度0.5等值线画于图10。从图上可以看出:浓淡两侧粉流会聚于回流区边界上,形成高浓度区,这正是浓淡燃烧的合理之处

 3结语

    生物质浓淡生物质燃烧机喷口的两相流动特性是生物质燃烧机的重要特性本文对该流场作了研究颗粒场特性是使用Nacl示踪法测量的。然后按Na_cl俘获量与Nacl电导率的关系测得其浓度的分布o由于本文偏重于数值模拟。    

介绍实验和数值模拟的结果表明:浓淡分离燃烧可控制高浓度生物质集中在湍流较为充分的回流区附近,这样更有利于生物质燃烧该生物质燃烧机的实际运用表明:在低负荷下。其热效率较高,同时可减少助燃油,具有较大的经济效益。

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点击次数:  更新时间:2017-12-08 20:51:57  【打印此页】  【关闭