测试燃烧器放喷流动及燃烧特性数值模拟

发布时间：2024-04-02 21:08

　　针对气井测试大流量放喷时燃烧产生的高热辐射和噪声对人员及设备造成的危害问题,采用RSM湍流模型、简化的甲烷-氧气2步反应组分输运模型、离散坐标法辐射传热模型、宽频噪声及F-W-H噪声模型对页岩气测试燃烧器大流量放喷燃烧过程进行了数值模拟,考察了大流量放喷时放喷流场及噪声传播规律。分析结果表明:测试燃烧器放喷为扩散燃烧方式,燃烧效率较低,燃烧不完全易冒黑烟,同时扩散燃烧形成上浮火焰形态,火焰根部距离套筒出口较近,形成的高温热辐射使燃烧器本体受热变形而失效;燃烧器内放喷头径向喷孔流速过高导致高射流噪声,进而产生高燃烧噪声,严重威胁人员和设备安全;采用提高燃气和空气混合效果的预混燃烧方式,并合理设计喷孔流速可以抑制现有燃烧器缺陷。所得结果可为大流量测试放喷燃烧器结构改进提供理论指导。

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【部分图文】：

图2测试燃烧器放喷流线图

由图3可以看出:燃烧器圆筒形外套筒出口外流速较低，在燃烧及浮力作用下，喷口外部流速较低，燃料流出后随射流方向延伸较短距离后就迅速上升流动，并随燃烧反应进程烟气量增加逐渐加速向上流动;而在燃烧器内部局部喷孔处，燃料以超音速的射流方式沿喷孔的径向高速喷射，汇聚后降速朝燃烧器圆形套筒出....

图3过测试燃烧器中心截面上速度分布云图

图2测试燃烧器放喷流线图图4为测试燃烧器喷孔处喷出流体流动路径。由图4可知，燃料经喷头上周向布置的5排40个喷孔后，在燃烧器套筒内部径向喷射，减速向燃烧器套筒出口低速喷出，速度仅为11m/s，在燃烧及浮力作用下，延伸较短距离后就迅速上升流动。

图4测试燃烧器喷孔处喷出流体流动路径

如图5所示，正如上文速度分布分析，燃料流动及燃烧反应过程形成的高温区也呈现出燃料套筒外部出口附近向上形成上升形态的分布状态。此外，由于燃料套筒出口处速度较低，所以喷射燃料呈现出扩散燃烧状态，火焰根部离套筒出口较近，且火焰飘忽不稳定。由图6可知，燃烧器套筒喷口处外圈形成了一个15....

图5测试燃烧外部温度分布云图

图7和图8分别为测试燃烧器套筒外部温度分布云图和热流密度分布云图。如图7所示，由于套筒出口处燃料流速较低，喷射燃料呈现出扩散燃烧状态，火焰根部离套筒出口较近，且火焰飘忽不稳定。燃烧器套筒喷口外壁面形成一个900K的高温环状区域，极易导致燃烧器套筒受热变形，且从套筒外部热流密度分....

本文编号：3946206