惰气发生器膛内燃烧性能模拟仿真与优化

发布时间：2024-02-18 19:07

　　惰性气体发生器是利用燃油燃烧,产生氧含量低于5%的惰性烟气,将其注入装有危险性货品的货舱或围护内,确保船舶与海工装备安全的重要设备。目前国内外对惰性气体发生器的研究甚少,该装置与传统的燃油锅炉不同,主要关注的是出口烟气的含氧量和长期运行的经济性。采用数值模拟的方法对惰气发生器燃烧单元内部燃烧、流动等过程的研究,可以为发生器结构的设计、优化及运行提供指导意见。本文以2500m³/h直燃式惰性气体发生器为研究对象,前期通过台架试验,测得八组不同燃烧负荷下的试验数据,对数据的整理分析发现随着燃烧负荷的增加,炉膛内温度水平有较小的提升。之后利用Fluent软件对炉膛内部冷态和热态流场进行数值模拟研究,采用Realizable k-ε模型模拟湍流流动,选取离散相模型模拟燃油雾化过程,选用非预混燃烧模型模拟燃烧,采用DO辐射模型模拟传热过程。额定工况下模拟发现,冷态空气经过调风器后湍流强度大大增加,在炉膛前段壁面区域形成回流区,受垂直进气结构的影响,空气流入炉膛后有向Y轴正方向运动的速度分量。热态流场显示,燃烧加快了烟气的流速,炉膛出口处烟气流速是冷态场的6倍。炉膛前半段温度...

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景与意义
    1.2 膛内燃烧数值模拟国内外研究概况
        1.2.1 燃烧模型的发展
        1.2.2 锅炉燃烧数值模拟综述
    1.3 惰性气体发生器简介
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 试验测试
    2.1 测试系统
    2.2 试验台架
    2.3 燃料参数
    2.4 温度测点布置
    2.5 试验工况及步骤
    2.6 试验数据与分析
    2.7 本章小结
第3章 惰气发生器膛内燃烧的数值计算模型
    3.1 物理模型及简化
        3.1.1 物理模型
        3.1.2 模型简化
        3.1.3 假设条件
    3.2 数学模型
    3.3 网格划分
        3.3.1 燃烧器网格
        3.3.2 网格无关性验证
    3.4 边界条件、喷嘴及燃料的设定
        3.4.1 边界条件
        3.4.2 喷嘴的设定
        3.4.3 燃料的处理
    3.5 求解参数的设置
        3.5.1 离散格式
        3.5.2 算法
        3.5.3 松弛因子和点火源
    3.6 本章小结
第4章 惰气发生器膛内燃烧数值模拟
    4.1 模型验证
    4.2 冷态流场模拟结果分析
    4.3 热态流场模拟结果分析
        4.3.1 燃料喷射轨迹
        4.3.2 温度分布
        4.3.3 速度分布
        4.3.4 氧气浓度分布
        4.3.5 组分分布
    4.4 本章小结
第5章 负荷变化对惰气发生器燃烧性能的影响
    5.1 过量空气系数对膛内燃烧的影响
        5.1.1 炉膛温度场分析
        5.1.2 炉膛氧气浓度分析
        5.1.3 炉膛出口参数分析
    5.2 不同燃烧负荷对膛内燃烧的影响
        5.2.1 炉膛温度场分析
        5.2.2 炉膛速度场分析
        5.2.3 炉膛出口参数分析
    5.3 本章小结
第6章 结构参数变化对惰气发生器燃烧性能的影响
    6.1 进气口位置对膛内燃烧的影响
        6.1.1 速度分布
        6.1.2 温度场变化
        6.1.3 氧气浓度变化
    6.2 调风器叶片参数对膛内冷态场的影响
        6.2.1 旋流叶片形式对进气的影响
        6.2.2 旋流叶片角度对进气的影响
        6.2.3 旋流叶片数目对进气的影响
    6.3 喷嘴结构参数对膛内燃烧的影响
        6.3.1 喷射倾角对燃烧性能的影响
        6.3.2 雾化直径对燃烧性能的影响
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间的科研成果
致谢



本文编号：3902382