基于不同耦合模型的合成气非预混射流燃烧特性模拟
发布时间：2021-07-23 08:08
基于不同的化学反应机理、湍流模型和燃烧模型,采用8组不同耦合模型对CO/H2/N2合成气非预混射流火焰进行模拟计算,并与实验值进行比较,分析了不同耦合模型计算结果的准确性。结果表明:耦合模型4（37步14组分化学反应机理动力学模型PdM+RNG k-ε湍流模型+稳态层流小火焰燃烧模型SLF）和耦合模型8（化学反应机理GRI-Mech 3.0模型+标准k-ε湍流模型+EDC燃烧模型）对该火焰的模拟结果更为准确;采用SLF的耦合模型比采用EDC的耦合模型更能准确模拟火焰温度和主要组分的径向分布;采用耦合模型4能够获得该合成气非预混射流火焰的最佳模拟计算结果。
【文章来源】：动力工程学报. 2020,40(11)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
“chn A”火焰照片
根据燃烧器的旋转对称性,建立相应的二维轴对称计算模型。选取对称轴分界的1/2燃烧区域作为计算域并进行结构化网格划分,如图2所示,其中z轴为经过燃料喷嘴中心(坐标原点)的对称轴,r轴为经过燃料喷嘴中心的径向坐标轴。计算域以燃料喷嘴中心为原点,轴向长度为87.3d(400 mm),径向半径宽度为42.8d(196 mm),计算域的长度、宽度分别约为可视火焰长度和宽度的2倍和6.5倍。网格划分采用四边形结构化网格,在燃料喷嘴入口及对称轴附近的流动和燃烧反应剧烈的局部区域进行网格加密,并通过不同疏密程度的网格进行试算和分析,确定了整个计算域的网格质量在0.95以上,四边形结构化网格单元数量共13 050个,此时网格密度对模拟计算精度的影响可以忽略。
采用8组耦合模型对相应的实验火焰(“chn A”火焰)进行模拟计算,得到火焰在轴线上的温度分布(见图3)。由图3可知,8组耦合模型计算得到的火焰温度沿轴线变化趋势与实验值较吻合。在z=50～150 mm处,耦合模型3、4、6、7和8的计算结果较好,耦合模型1、2和5的计算结果在一定程度上偏离了实验值。耦合模型计算的峰值温度普遍低于实验值,8组耦合模型计算所得的峰值温度比实验所得峰值温度(1 938.4 K)低3.3%～8.0%。主要原因是模拟计算中的耗散率被高估。采用耦合模型3、4、7计算所得的峰值温度与实验所得峰值温度的误差较小,相对误差均小于4.2%。以实验所得峰值温度对应的轴向位置193.6 mm为参考基准,则耦合模型6和耦合模型8模拟计算的峰值温度轴向位置分别前移了6.4%和4.6%,而耦合模型2和耦合模型5模拟计算的峰值温度轴向位置分别后移了5.1%和9.5%;其余4组耦合模型模拟计算的峰值温度轴向位置较为准确,均在191.8～195.5 mm范围内,相对误差均小于1.0%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]反应机理对CFD计算燃气轮机高压燃烧NO排放的影响[J]. 席中亚,付忠广. 动力工程学报. 2018(05)
[2]稀释剂对合成气燃烧污染物排放的影响[J]. 席剑飞,顾中铸,袁也,张先鹏. 动力工程学报. 2018(05)
[3]IGCC电站水煤气变换过程的优化研究[J]. 湛志钢,徐齐胜,温智勇,李方勇,成明涛,韩龙,王勤辉. 动力工程学报. 2016(06)
[4]燃烧模型对钝体稳燃非预混火焰数值模拟精度的影响[J]. 杨诏,李祥晟. 动力工程学报. 2015(10)
[5]湍流模型对数值模拟合成气射流火焰的影响[J]. 李祥晟,李国强. 燃烧科学与技术. 2015(02)
[6]稀释合成气微混合燃料喷射燃烧火焰特性研究[J]. 张永生,张海龙,田龙,付忠广,张锴. 动力工程学报. 2015(01)
[7]合成气燃气轮机燃烧室CFD模拟的模型选择及优化[J]. 王翰林,雷福林,邵卫卫,熊燕,张哲巅,肖云汉. 中国电机工程学报. 2015(06)
本文编号：3298916
【文章来源】：动力工程学报. 2020,40(11)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
“chn A”火焰照片
根据燃烧器的旋转对称性,建立相应的二维轴对称计算模型。选取对称轴分界的1/2燃烧区域作为计算域并进行结构化网格划分,如图2所示,其中z轴为经过燃料喷嘴中心(坐标原点)的对称轴,r轴为经过燃料喷嘴中心的径向坐标轴。计算域以燃料喷嘴中心为原点,轴向长度为87.3d(400 mm),径向半径宽度为42.8d(196 mm),计算域的长度、宽度分别约为可视火焰长度和宽度的2倍和6.5倍。网格划分采用四边形结构化网格,在燃料喷嘴入口及对称轴附近的流动和燃烧反应剧烈的局部区域进行网格加密,并通过不同疏密程度的网格进行试算和分析,确定了整个计算域的网格质量在0.95以上,四边形结构化网格单元数量共13 050个,此时网格密度对模拟计算精度的影响可以忽略。
采用8组耦合模型对相应的实验火焰(“chn A”火焰)进行模拟计算,得到火焰在轴线上的温度分布(见图3)。由图3可知,8组耦合模型计算得到的火焰温度沿轴线变化趋势与实验值较吻合。在z=50～150 mm处,耦合模型3、4、6、7和8的计算结果较好,耦合模型1、2和5的计算结果在一定程度上偏离了实验值。耦合模型计算的峰值温度普遍低于实验值,8组耦合模型计算所得的峰值温度比实验所得峰值温度(1 938.4 K)低3.3%～8.0%。主要原因是模拟计算中的耗散率被高估。采用耦合模型3、4、7计算所得的峰值温度与实验所得峰值温度的误差较小,相对误差均小于4.2%。以实验所得峰值温度对应的轴向位置193.6 mm为参考基准,则耦合模型6和耦合模型8模拟计算的峰值温度轴向位置分别前移了6.4%和4.6%,而耦合模型2和耦合模型5模拟计算的峰值温度轴向位置分别后移了5.1%和9.5%;其余4组耦合模型模拟计算的峰值温度轴向位置较为准确,均在191.8～195.5 mm范围内,相对误差均小于1.0%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]反应机理对CFD计算燃气轮机高压燃烧NO排放的影响[J]. 席中亚,付忠广. 动力工程学报. 2018(05)
[2]稀释剂对合成气燃烧污染物排放的影响[J]. 席剑飞,顾中铸,袁也,张先鹏. 动力工程学报. 2018(05)
[3]IGCC电站水煤气变换过程的优化研究[J]. 湛志钢,徐齐胜,温智勇,李方勇,成明涛,韩龙,王勤辉. 动力工程学报. 2016(06)
[4]燃烧模型对钝体稳燃非预混火焰数值模拟精度的影响[J]. 杨诏,李祥晟. 动力工程学报. 2015(10)
[5]湍流模型对数值模拟合成气射流火焰的影响[J]. 李祥晟,李国强. 燃烧科学与技术. 2015(02)
[6]稀释合成气微混合燃料喷射燃烧火焰特性研究[J]. 张永生,张海龙,田龙,付忠广,张锴. 动力工程学报. 2015(01)
[7]合成气燃气轮机燃烧室CFD模拟的模型选择及优化[J]. 王翰林,雷福林,邵卫卫,熊燕,张哲巅,肖云汉. 中国电机工程学报. 2015(06)
本文编号：3298916
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