值班火焰甲烷湍流燃烧过程（火用）特性研究

发布时间：2017-10-28 13:19

  本文关键词：值班火焰甲烷湍流燃烧过程（火用）特性研究

  更多相关文章： （火用）分析 （火用）特性 局部（火用）及（火用）损失 值班火焰甲烷湍流燃烧 数值模拟

【摘要】：热力系统（火用）分析方法广泛地应用于电站锅炉、换热器、发动机等用能设备中,为提高能量系统的利用率、减少燃料的损失提供理论基础。传统的（火用）分析方法只能指出系统宏观热力过程的总体（火用）特性,无法得知燃烧过程中局部的损失规律及分布特性,无法有针对性地根据（火用）特性对热力过程进行优化。本文基于非平衡态热力学理论,结合数值模拟方法,整理了局部（火用）及局部（火用）损失计算理论,对值班火焰甲烷湍流燃烧系统进行局部和总体的（火用）特性分析,并研究该火焰参数变化对（火用）特性的影响,从而为降低燃烧过程的损失,提高燃烧利用效率提供帮助。具体研究内容如下:对基于悉尼值班火焰燃烧器的甲烷湍流燃烧Flame D火焰实验进行数值模拟。结果表明,火焰的模拟与实验趋势大体相同,基本满足研究需求。整理燃烧过程中局部（火用）及（火用）损失理论。根据基本假设,对局部（火用）及（火用）损失进行分类,从理论上分析了局部（火用）随时间变化过程中的输运和转化规律。基于局部（火用）及（火用）损失理论,利用数值模拟数据,计算并分析了Flame D火焰的（火用）特性。分析表明,化学（火用）控制区和热（火用）控制区交界面上产生剧烈的燃烧、传热和传质过程。化学反应（火用）损失控制区周围形成传热（火用）损失控制区。从计算域入口到出口,截面化学（火用）、机械（火用）和总（火用）逐渐减小;截面热（火用）和化学反应（火用）损失先增大后减小。从（火用）损失量的观点来看,在（火用）的输运和转化过程中,传热是（火用）损失的最主要因素,化学反应次之,粘性耗散和扩散传质影响可以忽略不计。（火用）转化的总趋势为化学（火用）和机械（火用）向热（火用）的转化。分析燃料流雷诺数和预混当量比变化对（火用）特性的影响。随着雷诺数的增加,沿流动方向同一截面各（火用）及（火用）损失都增大,而系统热（火用）效率、总（火用）效率、传热和化学反应（火用）损失比例的影响甚微,传热（火用）损失在数量上对总（火用）损失起到支配作用。随着预混当量比的提高,沿流动方向同一截面热（火用）、化学（火用）和总（火用）都增大,热（火用）和总（火用）效率提高,传热（火用）损失在数量上对总（火用）损失起到支配作用。综合（火用）特性分析结果表明,可燃尽系统中,化学反应在空间的合理分布可以调整局部传热（火用）损失的空间分布,使得系统总体的传热（火用）损失减小,从而让系统整体的热（火用）效率和总（火用）效率最佳。对于复杂热力系统,有些（火用）损失变化微弱却能显著影响热（火用）及总（火用）效率。因此效率优化还需要从输运和转化过程的空间组织结构、物理过程的时间尺度等其他方面进行考虑。
【关键词】：（火用）分析 （火用）特性 局部（火用）及（火用）损失 值班火焰甲烷湍流燃烧 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 值班火焰甲烷湍流燃烧数值模拟10-13
• 1.2.2 （火用）分析方法13-15
• 1.3 国内外研究现状总结和分析15-16
• 1.4 课题主要内容16-17
• 第2章 典型值班火焰甲烷湍流燃烧数值模拟17-34
• 2.1 典型值班火焰甲烷湍流燃烧17-18
• 2.2 数值模型18-23
• 2.2.1 湍流模型18-21
• 2.2.2 组分输运模型21
• 2.2.3 化学反应模型21-23
• 2.2.4 辐射模型23
• 2.3 数值方法23-26
• 2.3.1 几何模型23-24
• 2.3.2 网格划分24
• 2.3.3 边界条件和初值条件24-25
• 2.3.4 求解设置25-26
• 2.4 数值模拟结果验证26-33
• 2.4.1 收敛性判据26
• 2.4.2 网格无关性验证26-28
• 2.4.3 模拟与实验对比分析28-32
• 2.4.4 误差分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 燃烧过程局部（火用）及（火用）损失理论34-45
• 3.1 基本假设34-35
• 3.2 局部（火用）理论35-38
• 3.3 局部（火用）损失理论38-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 典型值班火焰甲烷湍流燃烧（火用）特性分析45-64
• 4.1 局部（火用）及损失计算实现45-47
• 4.2 局部（火用）及局部（火用）损失计算验证47-48
• 4.3 空间（火用）分布特性48-56
• 4.3.1 局部（火用）空间分布特性48-50
• 4.3.2 局部（火用）比例空间分布特性50-52
• 4.3.3 局部（火用）损失空间分布特性52-55
• 4.3.4 局部（火用）损失比例空间分布特性55-56
• 4.4 截面（火用）沿流动方向分布特性56-60
• 4.4.1 截面（火用）功率沿着流动方向变化规律56-58
• 4.4.2 截面（火用）损失功率沿着流动方向变化规律58-59
• 4.4.3 截面（火用）损失比例沿着流动方向变化规律59-60
• 4.5 系统总体（火用）特性60-62
• 4.6 本章小结62-64
• 第5章 值班火焰甲烷湍流燃烧（火用）特性影响因素分析64-79
• 5.1 燃料流雷诺数变化对（火用）特性影响64-71
• 5.1.1 截面（火用）空间分布特性64-68
• 5.1.2 系统总体（火用）特性68-71
• 5.2 燃料流预混当量比变化对（火用）特性影响71-78
• 5.2.1 截面（火用）空间分布特性71-75
• 5.2.2 系统总体（火用）特性75-78
• 5.3 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文85-87
• 致谢87

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本文编号：1108408