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行业知识

可控涡生物质燃烧机冷态流场的数值研究

可控涡生物质燃烧机冷态流场的数值研究

    一,钝体燃烧器对劣质煤的稳燃怍用已为大量的研究所证实,  研究表明,其效果很大程度上取决于钝体后的回流强度,本文提出的可控涡生物质燃烧机,是在原有钝体的基础上,从钝体底面的两个尖角处引出附加射流(图1),利用射流的卷吸特性强化钝体后的回流,从而达到改善稳燃效果的目的.介绍了对可控涡燃烧器所做的冷态试验及燃烧试验,试验发现,当附加射流以合适的角度射出时,可以对钝体后回流起到强化和调节作用.燃烧过程中,4投附加射流后着火区域温度明显提高.本文在此基础上对可控涡燃烧器的冷态流场进行了数值研究,着重研究了附加射流速度和方向对钝体后回流特性的影响.

    二、数学模型及计算方法    将可控涡燃烧器简化为二维平面问题处理,并限于突扩通道中.二维平面湍流流动的时平均守恒方程组可写成如下的通用形式:

    对上面的方程采用混合差分的格式离散化.边界条件是这样给定的:进口断面的流动假定是充分发展的湍流,且流动是均匀的;在对称轴及出口断面上,一般物理量均满足零梯度条件,对出口断面上的速度“附加总体连续性条件修正,壁面的处理引入了壁面函数,钝体的斜壁是用台阶代替的.考虑到计算中将钝体部分跳开,因此附加射流的参数对参加计算的部份是一个边界条件.为简化计算,将附加射流的速度按其方向分解为两个分速度,分别给定钝体尖角处的两个速度及相应的湍动能、耗散率及密度.  本文采用SIMPLE算法依次迭代求解各量,对拟线性的差分方程组采用逐线的TDMA方法求解,为了保证解的收敛性,在迭代过程中进行了低松弛.

    三、计算结果及分析  在计算可控涡流场之前,先计算了突扩通道中的流场以及钝体分离流动的流场.计算结果与已有文献的结果及试验结果相比是接近的,从而检验了程序的正确性,在有附加射流的情况下,分别对不同的附加射流喷射角p、不同的附加射流速度u,进行了计算,分别讨论如下:

    i.卢值对回流特性的影响    首先看p= 900的情况,此时附加射流是从钝体底面上射出的,其方向与钝体的底面桕垂直.图2是计算得到的回流区形状及质量回流率分布.与没有附加射流的情况比较,投附加射流并没有增强回流,附加射流速度较高时,回流区尺寸减小了很多.这说明p一900的喷射角是不合适的,因为此时附加射流直接射人回流区内,破坏了回流区的形成.

为此工况的计算结果.由于附加射流引入后大大增加了主气流的横向动量,使得回流区宽度和质量回流率增加得较多,回流区长度也有所增加.但由于这种工况下主气流的外扩张角会较大,因此其应用价值比较小.合适的芦值将位于00-900间.为此对芦分别为150、300、450、600四种工况进行了计算,结果如图4所示.可以发现,回流区宽度和质量回流率随卢值减小而增大,这是因为p愈小,附290加射流的横向动量愈大,而回流区长度是p为15 0和300时最大.考虑到I一1 5j时主气流外扩张角较大,故p一300是附加射流合适的喷射角度,这里的计算结果与文献[1]的试验结果相比,定性上是完全一致的.

    2.附加射流速度摊.对回流特性的影响    选取卢一30U的可控涡燃烧器研究附加射流速度对叵l流特性的影响.图5是附加射流速度分别为30、40、1 00和150(m/s)时的计结果,可以发现,回流区长度、宽度及质量回流率都是随着射流速度的增加而增加的,既使附加射流速发低于主气流速度,L流强度也有所增强,这说明可以通过改’竖附加射流速度删节钝体后1回流晌强度,计算结果与试验结果在趋势上也是完全一致的,

    四、小结    对可控涡燃烧器冷态流场所作的数值研究表明,在钝体}二SI出j埘股付加射流,只要方向选取得合适,就可以强化钝体后的回流,改变附加射流的速度;ir以调节回流的强嚏,计算结果与试验结果在趋势L是完全一致的.

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点击次数:  更新时间:2018-05-21 23:23:17  【打印此页】  【关闭