| 生物質(zhì)燃燒機(jī)的分離特性和阻力特性研究 |
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生物質(zhì)燃燒機(jī)的分離特性和阻力特性研究 [摘要] 通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)尺寸的文丘里管內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬，研究文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)的分離特性和阻力特性與文丘里管結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，為設(shè)計(jì)和應(yīng)用新型的濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)提供理論依據(jù)。該濃淡生物質(zhì)燃燒器將在防止燃燒器區(qū)域結(jié)渣，降低氮氧化物(NO。)排放和改善劣質(zhì)煤著火特性方面發(fā)揮作用。 文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)是利用生物質(zhì)顆粒的慣性比空氣分子大的特點(diǎn)，將一次風(fēng)粉氣流通過(guò)文丘里管后分成中心生物質(zhì)濃度大，外環(huán)生物質(zhì)濃度小的兩股氣流，可有效防止燃燒器區(qū)域結(jié)焦結(jié)渣，降低NO。排放。 1 物理模型 圖1為文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)。一次風(fēng)粉氣流進(jìn)入直徑為Di的圓形入口，在收縮段，生物質(zhì)顆粒和空氣都向喉口收縮；在擴(kuò)展段，空氣氣流在前進(jìn)的過(guò)程中向徑向擴(kuò)展，而生物質(zhì)顆粒由于密度比空氣大很多，慣性大，較少向徑向擴(kuò)展。這樣，在出口處就形成中心煤扮濃度高外環(huán)生物質(zhì)濃度低的分離效果。 通過(guò)數(shù)值模擬研究文丘里結(jié)構(gòu)尺寸的5個(gè)獨(dú)立變量喉口直徑d、喉口段長(zhǎng)度三z、穩(wěn)定段長(zhǎng)度/4、收縮段角度ai、擴(kuò)展段角度az對(duì)文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)的分離特性和阻力特性的影響。進(jìn)出口邊界條件為入口直徑D1 -0. 357 m，出口直徑D2 -0. 33 m，氣固兩相入口速度礦。一28 m／s，氣固兩相溫度90℃生物質(zhì)顆粒粒徑45 t/m，生物質(zhì)顆粒流量0.34 kg／s。為了便于分析比較，以d=0.22 m，/2-三4-0.2 m，al- 25。，啦-7。作為標(biāo)準(zhǔn)工況，其它工況都僅改變其中的一個(gè)變量。 2數(shù)學(xué)模型 2.1氣相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型 氣相湍流流動(dòng)采用ke雙方程模型‘”計(jì)算，其基本方程組有如下通用形式： 其中：中為代表各因變量（速度、湍流動(dòng)能等）的通用變量；D是各變量的擴(kuò)散系數(shù)；S十是源相；對(duì)于不同的變量電n和S十的含意參見(jiàn)文獻(xiàn)[ 1] 。 2.2顆粒相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型 2.3數(shù)值計(jì)算方法 數(shù)值計(jì)算方法采用有限容積法離散基本方程。為了提高計(jì)算精度，壓力方程、動(dòng)量方程、湍流動(dòng)能方程和湍流耗散方程都采用二階離散格式，速度與壓力耦合離散采用SIM PLE算法，顆粒相采用拉格朗日法計(jì)算。為了便于比較分析，所有的數(shù)值模擬工況都采用相同間距的網(wǎng)格及與物理模型相同的邊界條件。 3 數(shù)值模擬結(jié)果分析 在數(shù)值計(jì)算模型中將文丘里出口分成中心圓(直徑為D2 /2)和外環(huán)（內(nèi)徑為D2 /2,外徑為Dz的環(huán)形），濃淡比是指中心圓生物質(zhì)濃度與外環(huán)生物質(zhì)濃度的比彳直，出口速度偏差指中心圓平均速度與外環(huán)平均速度的差值。為了便于比較分析，分別用進(jìn)口氣相動(dòng)壓頭和進(jìn)口速度對(duì)阻力損失和出口速度偏差進(jìn)行無(wú)量綱化處理，這樣阻力損失和出口速度偏差就分別用阻力系數(shù)和無(wú)量綱出口速度偏差表禾。 3.1 喉口直徑d對(duì)文丘里特性指標(biāo)的影響 圖2為在標(biāo)準(zhǔn)工況下，不同的喉口直徑d對(duì)文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)3個(gè)特性指標(biāo)的影響。由圖2可見(jiàn)，隨著d的增大，阻力損失和出口速度偏差都減小，濃淡比先增大后減小。隨著d的增大，擴(kuò)展段/，長(zhǎng)度變短，氣固兩相在擴(kuò)展段的混合程度降低，有利于提高濃淡比。此外，當(dāng)d繼續(xù)增大，文丘里本身對(duì)風(fēng)粉氣流的濃縮效果減弱，從而濃淡比降低。 3.2喉口段長(zhǎng)度/2對(duì)文丘里特性指標(biāo)的影響 圖3為在標(biāo)準(zhǔn)工況下，不同喉口段長(zhǎng)度/2對(duì)文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)3個(gè)特性指標(biāo)的影響。隨著三z的增大，阻力損失和出口速度偏差都增大，而濃淡比變化很小。三z對(duì)出口速度偏差的影響見(jiàn)圖4。當(dāng)上z -0時(shí)，喉部出口外圍速度比中心速度大，這樣有利于抵消最終的出口速度偏差，出口速庋偏差較；當(dāng)/2 -0.4m時(shí)，喉部出口速度比較均勻，起不到抵消出口速度偏差的效果，出口速度偏差較大。 3.3穩(wěn)定段長(zhǎng)度三。對(duì)文丘里特性指標(biāo)的影響 圖5為在標(biāo)準(zhǔn)工況下，不同穩(wěn)定段長(zhǎng)度/4對(duì)文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)3個(gè)特性指標(biāo)的影響。隨著三。的增大，濃淡比降幅較大，出口速度偏差略有下降，阻力損失基本不變。厶增大，使得氣固兩相在穩(wěn)定段混合得更加充分，空氣和生物質(zhì)在出口處的分布也更加均勻，這樣出口速度偏差和濃淡比都降低。圖6為標(biāo)準(zhǔn)工況下阻力損失在文丘里管各個(gè)段的分布情況 3.4收縮段角度ai對(duì)文丘里特性指標(biāo)的影響 圖7為在標(biāo)準(zhǔn)工況下，不同的收縮段角度ai對(duì)文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)3個(gè)特性指標(biāo)的影響。隨著ai的增大，阻力損失和濃淡比增大，而出口速度偏差變化很小。這是因?yàn)閍t增大，流場(chǎng)變得更加不均勻，阻力損失增大。另外，收縮段對(duì)生物質(zhì)顆粒向管道中心集中的導(dǎo)向作用增強(qiáng)，而對(duì)慣性小的空氣流導(dǎo)向作用不明顯，因?yàn)，濃淡比增大而出口速度偏差變化很小?br /> 3.5擴(kuò)展段角度∞對(duì)文丘里特性指標(biāo)的影響 圖8為在標(biāo)準(zhǔn)工況下，不同的擴(kuò)展段角度a2對(duì)文丘里濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)3個(gè)特性指標(biāo)的影響。隨著a2的增大，阻力損失和出口速度偏差略有增加，濃淡比則光增大后減小。az增大，擴(kuò)展段三，長(zhǎng)度變短，氣固兩相在擴(kuò)展段的混合程度降低，有利于提高濃淡比。此外，當(dāng)a2繼續(xù)增大，氣相出口速度的不均勻性也增大，出口中心處的氣流流量大降低了管道中心的生物質(zhì)濃度，濃淡比降低。 4結(jié)論 (1)對(duì)進(jìn)出口阻力損失影響的是喉口段的直徑和長(zhǎng)度。當(dāng)所設(shè)計(jì)的濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)出口阻力損失過(guò)大日寸，應(yīng)首先考慮增大喉口段直徑和減小喉口段長(zhǎng)度。 (2)喉口直徑和擴(kuò)展段角度對(duì)濃淡比的影響存在一個(gè)極大值，為達(dá)到更高的濃淡比，應(yīng)避免喉口直徑和擴(kuò)展段角度過(guò)大或者過(guò)小。 (3)對(duì)出口速度偏差影響的是喉口段的直徑和長(zhǎng)度。出口速度偏差與進(jìn)出口阻力損失有著密不可分的關(guān)系，一般出口速度偏差大阻力損失也大。文丘里管阻力損失主要就是由于管道內(nèi)速度場(chǎng)不均勻性引起的。 生物質(zhì)氣化站，http://www.598jx.com
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