| 生物質(zhì)濃淡生物質(zhì)燃燒機噴口氣固兩相流動的數(shù)值模擬 |
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生物質(zhì)濃淡生物質(zhì)燃燒機噴口氣固兩相流動的數(shù)值模擬 摘 要：在實驗基礎(chǔ)上，運用RN C-ASM和FCFSRT模型對生物質(zhì)旋流濃淡生物質(zhì)燃燒機的氣固兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬，并與實驗結(jié)果進(jìn)行對比，得出了合理的顆粒速度場和濃度場；比較和計算了濃縮和未濃縮的顆粒場特性，說明了濃淡分離生物質(zhì)燃燒機的濃淡燃燒的機理：最后對濃淡分離生物質(zhì)燃燒機生物質(zhì)混合特性作了數(shù)值模擬，指出了生物質(zhì)濃淡混合的區(qū)域圖10參6 0引言 生物質(zhì)濃淡生物質(zhì)燃燒機由于其生物質(zhì)濃度可調(diào)、低負(fù)荷穩(wěn)燃低NQ排放等性能而得到廣泛應(yīng)用，但對生物質(zhì)濃淡生物質(zhì)燃燒機噴口兩相流動特性的研究，一般都基于實驗因為對旋轉(zhuǎn)流動的兩相流動數(shù)值模擬研究，沒有較好的模型，k-Xkp模型‘11的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果差別較大。特別在回流區(qū)附近因此，旋轉(zhuǎn)流場的顆粒場特性的研究不夠充分。 由于確定流場頻譜的困難，氣固兩相流顆粒湍流脈動頻譜隨機軌道模型（FSRT模型）‘21在工程上的應(yīng)用受到限制作者曾提出確定流場特征頻率和頻譜的方法，繼而提出了脈動特征頻率—頻譜隨機軌道模型（FCFSRT模型戶1，并使用該模型數(shù)值模擬了小尺度范圍內(nèi)的顆粒湍流擴散問題，但未在工程兩相流動中使用。 本文在實驗研究的基礎(chǔ)上，使用FCFSRT模型對生物質(zhì)旋流濃淡生物質(zhì)燃燒機的氣固兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬。主要對顆粒場的模擬方法和結(jié)果進(jìn)行分市斤o 1 FCSFSRT 對生物質(zhì)旋流濃淡生物質(zhì)燃燒機噴口流場流動采用作者提出的RN G-A SM模型。使用交錯網(wǎng)格的SIM PLE方法，按軸對稱流場計算，網(wǎng)格在一、二次風(fēng)出口處布置較密，其它地方較疏（圖1），且隨數(shù)的變化而變化，網(wǎng)格數(shù)為12~ 5Q參考每一工況跌代500次左右時，計算精度達(dá)到10 5教量級，氣流場的計算結(jié)果見參考文獻(xiàn)[4]計算結(jié)果和實驗結(jié)果吻合得很好。 在計算時，顆粒運動方程(1)采用參考文獻(xiàn)中的空間變量法計算，使用參考文獻(xiàn)[1]中的統(tǒng)計方法進(jìn)行顆粒場量統(tǒng)計，兩相流耦合計算時，對源項使用韋伯分布_進(jìn)行處理 2結(jié)果分析 首先不考慮氣固耦合計算，給出顆粒運動的軌跡圖2和圖3是2種不同濃縮比時的全部顆粒軌跡圖dp= 44-m，取實驗用顆粒的平均值比較2圖可以看出：濃縮比為5:1時的顆粒軌跡濃縮比為1：1的顆粒軌跡靠近對稱軸處 顆粒的濃度分布和速度分布用(1Ⅸ100<100) 10s條顆粒軌跡統(tǒng)計而成圖4是軸向氣相速度和軸向顆粒相速度的比較。通過比較可以看出氣固兩相軸向速度的差別： (1)顆粒相軸向速度分布比氣相軸向速度分布窄，峰值位置更靠近回流區(qū) (2)每一截面上顆粒速度值比氣相速度值更大，雙峰更陡，而同一截面向外邊界的顆粒速度衰減比氣相速度的衰減快。 (3)在回流區(qū)內(nèi)，顆粒的回流速度比氣相的回流速度小，一方面的原因進(jìn)入回流區(qū)的顆粒軌跡比實際情況要少：另一方面，速度的統(tǒng)計不十分準(zhǔn)確切向氣相速度和顆粒相速度的比較，它們的差別是： f 11顆粒相切向速度的峰值比氣相切向速度的峰值大 (2)在流場上游，回流區(qū)附近，顆粒相切向速度的峰值比氣相切向速度更靠近回流區(qū) (3)在對稱軸附近，顆粒相切向速度的峰值比氣相切向速度小。先不考慮濃淡分離，即從每個網(wǎng)格發(fā)出的 濃淡分離的一個重要特征是生物質(zhì)能富集于回流區(qū)邊界附近。以達(dá)到強化燃燒的目魄生物質(zhì)濃度濃淡比為7：1時，顆粒濃度的基本形狀與濃淡不分離的形狀相似（圖6），但高濃度區(qū)域向回流區(qū)靠近，這種濃度分布有利于生物質(zhì)的點火和燃燒，即是濃淡分離穩(wěn)燃機理所在 是否濃淡分離對顆粒濃度分布的差別對燃燒器的影響是重要的，這種差別可從濃度值位置來考慮圖7是同一工況下濃縮和未濃縮的顆粒濃度值的比較，取自圖5和圖6雖然這個差別的數(shù)量不大，但影響是大的。 圖7是否濃縮顆粒濃度值的軸向分布對比。 未濃縮實驗值㈣{}濃縮實驗值 相應(yīng)的計算值粒數(shù)是相同的。從圖5可以看出：濃度分布和速度分布相類似，呈雙峰型結(jié)構(gòu)，隨軸向距的增大，峰值逐漸下降。約在x /D=3.2后，顆粒分布均勻化但顆粒分布要比速度分布窄，即顆粒的橫向擴散比氣相的橫向擴散慢，顆粒濃度值位置要比氣相速度值位置更靠近回流區(qū)。顆粒的濃度分布雖然使用了1d條顆粒軌跡統(tǒng)計而成，但計算曲線不光滑。這是隨機顆粒軌道型模型的缺陷所在，但計算鹽線與實驗結(jié)果無論是分布范圍，還是幅值都比較吻合相應(yīng)的計算值 為了考察濃淡兩股生物質(zhì)流的混合情況，分別計算了僅濃側(cè)生物質(zhì)和僅淡測生物質(zhì)引起的噴口顆粒濃度場（圖8，圖9、將上述兩種相對濃度0.5等值線畫于圖10。從圖上可以看出：濃淡兩側(cè)粉流會聚于回流區(qū)邊界上，形成高濃度區(qū)，這正是濃淡燃燒的合理之處 3結(jié)語 生物質(zhì)濃淡生物質(zhì)燃燒機噴口的兩相流動特性是生物質(zhì)燃燒機的重要特性本文對該流場作了研究顆粒場特性是使用Nacl示蹤法測量的。然后按Na_cl俘獲量與Nacl電導(dǎo)率的關(guān)系測得其濃度的分布o(jì)由于本文偏重于數(shù)值模擬。 介紹實驗和數(shù)值模擬的結(jié)果表明：濃淡分離燃燒可控制高濃度生物質(zhì)集中在湍流較為充分的回流區(qū)附近，這樣更有利于生物質(zhì)燃燒該生物質(zhì)燃燒機的實際運用表明：在低負(fù)荷下。其熱效率較高，同時可減少助燃油，具有較大的經(jīng)濟效益
生物質(zhì)燃燒機，http://www.jiegankeliji.com
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