| 生物質(zhì)燃燒機出口湍流流場的數(shù)值模擬 |
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生物質(zhì)燃燒機出口湍流流場的數(shù)值模擬 摘要：對生物質(zhì)燃燒機出口的湍流流場進行了深入的數(shù)值模擬研究。經(jīng)過對不同旋流強度的旋轉(zhuǎn)射流的計算，比較了對目前應(yīng)用較多的尼玉模型、重正化群(RN G)的k-X模型及雷諾應(yīng)力模型在實際求解中的優(yōu)劣o在弱旋氣相流動時，RN G后鬟漠型可以滿足工程上的精度需求。在強旋流動中，基于“有效粘性”的各個模型的計算結(jié)果和實驗相差很遠(yuǎn)，只有采用雷諾應(yīng)力模型才能得到較為滿意的結(jié)果。 太部分的實際燃燒過程都伴隨著氣體湍流流動，因此研究氣體湍流流動是研究湍流燃燒過程必不可少的內(nèi)容。燃燒器是火力發(fā)電廠中燃燒系統(tǒng)的核心部件生物質(zhì)燃燒機因為能夠形成中心回流區(qū)，卷吸高溫?zé)煔猓龠M煤粉的著火等特點，在工程上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。為了揭示氣流流經(jīng)生物質(zhì)燃燒機數(shù)值模擬和實驗研究后的湍流流動特性。本文對毆W公司的雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器出口附近區(qū)域的冷態(tài)流場進行了數(shù)值模擬試驗研究針對目前應(yīng)用較多的k式饃型重正比群( RN G)的k-XY~型及雷諾應(yīng)力模型，經(jīng)過對不同旋流強度的旋轉(zhuǎn)射流的計算。比較了它們在實際求解中的優(yōu)劣。第1期倪建民，等：生物質(zhì)燃燒機出口湍流流場的數(shù)值模擬 1物理模型 本文在計算弱旋流動時采用了參考文獻[1所采用的模型，計算強旋流動時采用的是毆W公司的雙調(diào)風(fēng)生物質(zhì)燃燒機( DRB-Dual Register Bruner)，其示意如圖1，燃燒器尺寸參見參考文獻[2] 采用了部分均勻網(wǎng)絡(luò)，中心回流區(qū)附近的網(wǎng)格較其它區(qū)域密。弱旋流動計算區(qū)域參見參考文獻[1];強旋流動計算區(qū)域參見參考文獻[2] 作者通過計算比較了RNG k-Xt~型和標(biāo)準(zhǔn)的尼3模型在模擬弱旋流動時的區(qū)別(算工況和實驗數(shù)據(jù)來自參考文獻[1]l圖2表示的分別是在4個截面上的氣體軸向速度(U)和切向速度(W)的分X為截面到燃燒器出口的距離可以看出：RN G尼3模型和標(biāo)準(zhǔn)的k鬟饃型計算得到的結(jié)果和實驗結(jié)果都符合得較好。主要的區(qū)別在于： (1)在中心回流區(qū)附近，RNG k-X模型計算的軸向速度比標(biāo)準(zhǔn)后3模型計算的結(jié)果要更加符合實驗值。標(biāo)準(zhǔn)k3模型計算得到的中心回流區(qū)比實際的要短：在中心回流區(qū)外的區(qū)域，2個模型對軸向速度的計算精確度區(qū)別不大 (2)在計算切向速度的時候，RN Gk-X模型比標(biāo)準(zhǔn)尼鬟模型優(yōu)越 不過，標(biāo)準(zhǔn)后3模型計算結(jié)果也已經(jīng)可以滿足工程上的需求了。因為弱旋湍流動的各向異性不是特別明顯o所以，可以用基于“有效粘度”的各種模來計算這一類的湍流流動。從圖3可以很明顯看出： RN Gk-X模型和RSM模型之間的區(qū)剔，由于雷諾應(yīng)力模型考慮了湍流脈動的各向異性。所以其計算結(jié)果比基于“有效粘度”的RN Gk-Xt~型要更加準(zhǔn)確此外，在具體的計算的時候。雷諾應(yīng)力往往比基于尼Ⅸ雙方程的各個模型不容易收斂。對計算機容量和速度的要求也很高經(jīng)過作者具體的計算比較發(fā)現(xiàn)：對同一個工況。當(dāng)用雷諾應(yīng)力模型計算的時候，計算到相同精度收斂所需要的時間往往是RNG尼j模型的幾倍甚至十幾倍這也是RSM模型至今沒有得到更加廣泛應(yīng)用的一個重要原因。 圖4給出的是BW雙調(diào)風(fēng)生物質(zhì)燃燒機f實驗 相比與實驗的差別也要大得多。 RNG后閩莫型計算數(shù)據(jù)來自參考文獻[2]）強旋流動時的4個速度分布 的切向速度在Y>0.2m時的值也和實際差別較大圖，旋流數(shù)S=3.4可見，用RNGk3模型計算的時 因而，在相同的初始條件和邊界條件下，RSM模型候，結(jié)果和實際情況有較大的出入。在X= 50mm截 預(yù)報的結(jié)果比RNG k-XtR型要好得多？梢詮膹娦嫔。當(dāng)Y>Q 2時。RNG后Ⅸ饃型計算的軸向速度 湍流的特點來分析產(chǎn)生上述差異的原因：已經(jīng)開始明顯的偏離實際情況在X= 250mm截面 (1)在強旋流動中，由于軸線上有逆向的壓力上，RNG kj摸型在計算軸向速度時和RSM模型 梯度存在，并且不能被正向的流動所克服，從而會得第1期倪建民，等：生物質(zhì)燃燒機出口湍流流場的數(shù)值模擬。 4結(jié)論 在計算弱旋湍流流動的時候，完全可以應(yīng)用RN Gk-X模型，而不用精度高但是計算量大很多的雷諾應(yīng)力模型o對于強旋的湍流。用基于“有效粘度”的k-XXX方程模型是不能滿足要求的。即使經(jīng)過修正的k-X模型，也不能夠很好地反映出湍流脈動各向異性的特性，必須使用雷諾應(yīng)力模型
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