煤粉气固湍流燃烧火焰特性及其直接矩燃烧模型的研究

发布时间：2025-03-19 21:14

　　以煤燃烧为代表的气固两相湍流燃烧理论构成了发展新型高效低污染燃烧技术的基础,掌握其内在特性和规律,对解决我国的能源利用和污染控制问题具有十分重要的作用。随着计算机技术以及数值计算理论的发展,计算流体力学成为了研究气固两相湍流燃烧的重要工具。为了揭示煤粉气固湍流燃烧火焰特性,本文基于高精度煤粉燃烧DNS数据库,详细研究了煤粉火焰结构、燃烧特性、稳燃机理等,加深了人们对煤粉燃烧的认识。此外,为了能够准确计算实际煤粉火焰多模态燃烧过程,本文创新性地提出、验证了与燃烧模态无关的直接矩湍流燃烧模型,并将其拓展到煤粉燃烧,具有学术和工程意义。首先,通过对高精度煤粉燃烧DNS的详细分析,本文对煤粉火焰的流动特性、颗粒分布、燃烧特性、火焰结构以及稳燃机理进行了详细研究。研究发现,气相和颗粒相的平均速度都可以发展形成自相似分布,点火和燃烧过程可以显著地增强湍流强度。火焰结构的研究表明,煤粉射流火焰中存在三个典型的火焰结构,即离散的单颗粒燃烧火焰、条带状火焰以及下游稳定的火焰核心。虽然三个区域的直观火焰形态不同,但是其燃烧特性相似,都是非预混火焰释热贡献较大。对比各个火焰区的释热比例,发现上游处的单颗粒燃烧...

【文章页数】：186 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１煤粉燃烧ＣＦＤ计算组成部分??

的流场信息、颗粒分布、组分变化等详细信息。因此，随着计算机技术以及数值计算理论??的发展，计算流体力学（ＣＦＤ，?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?Ｆｌｕｉｄ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ）方法成为了研究煤粉燃烧??的重要工具。根据煤粉燃烧过程可以将煤粉燃烧数值计算分为如图１．１所示的四个部分，?....

图１．２ＤＮＳ、ＬＥＳ和ＲＡＮＳ方法对湍流火焰面处温度变化情况??

根据对湍流燃烧尺度的求解情况，湍流燃烧的数值模拟方法主要有三种：直接数值模拟??（ＤＮＳ，ＤｉｒｅｃｔＮｕｍｅｒｉｃａｌ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、大祸模拟（ＬＥＳ，Ｌａｒｇｅ?Ｅｄｄｙ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）以及雷诺??时均模拟（ＲＡＮＳ，Ｒｅｙｎｏｌｄｓ?Ａｖｅｒａｇｅｄ?Ｎａ....

图1.3直接数值模拟程序S3D近20年的计算规模变化(KollaandChen,2018),

第一章绪论???可参考文献（Ｃｈｅｎ?ｅｔａｌ．，２００９）。从图１．３可以看出，ＤＮＳ的计算规模越来越大，达到兆??别，但是其计算几何尺寸通常较小，流动形式较为简单，如各向同性湍流、简单的剪切??等，研究问题主要为基本的湍流燃烧现象，包括预混燃烧、非预混燃烧、部分预混燃烧、??....

图１．４典型的层流（ａ）预混火焰结构和（ｂ）扩散火焰结构示意图（ＶｅｙｎａｎｔｅａｎｄＶｅｒｖｉｓｃｈ，?２００２）??图１．４ｂ显示了典型的层流对冲扩散火焰结构

?（ｂ）??图１．４典型的层流（ａ）预混火焰结构和（ｂ）扩散火焰结构示意图（ＶｅｙｎａｎｔｅａｎｄＶｅｒｖｉｓｃｈ，?２００２）??图１．４ｂ显示了典型的层流对冲扩散火焰结构。燃料和氧化剂分别位于反应区的两侧，??通过二者向反应区的扩散实现燃烧，因此燃烧速率由分子扩散所决定。对于....

本文编号：4036867