一種醇基燃料燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醇基燃料設(shè)備研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)內(nèi)外都投入了大量的資金和技術(shù)力量對(duì)清潔醇基燃料的利用進(jìn)行攻關(guān)，但清潔醇基燃料仍未被廣泛應(yīng)用，主要原因是燃燒裝置的問(wèn)題未得到有效解決。醇基燃料燃燒排放無(wú)積碳、粉塵，且二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳等排放含量極其微小，在燃燒和熱利用上有很大的優(yōu)越性。只有對(duì)燃燒設(shè)備進(jìn)行緊湊有效的設(shè)計(jì)，才能將醇基燃料的優(yōu)越性充分發(fā)揮。其中，燃燒器是燃燒裝置中最重要的部分，對(duì)燃燒裝置進(jìn)行改進(jìn)的依據(jù)是其燃燒器的熱態(tài)特征，因此對(duì)燃燒器的熱態(tài)特征測(cè)量研究也同樣重要。
[0003]我公司的專利《一種新型醇基燃料旋流霧化燃燒器》在燃燒工作過(guò)程中，其物理、化學(xué)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的湍流流動(dòng)、傳熱及燃燒的三維過(guò)程。由于過(guò)程的復(fù)雜性燃料的多變性，迄今為止，對(duì)該過(guò)程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行缺乏成熟的理論和經(jīng)驗(yàn)，往往需要冷態(tài)及熱態(tài)試驗(yàn)來(lái)確定運(yùn)行和設(shè)計(jì)參數(shù)，因?yàn)樵囼?yàn)具有直觀、可靠等優(yōu)點(diǎn)，可以直接用來(lái)指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和制造。但是試驗(yàn)周期長(zhǎng)，耗資巨大，且很難得到全面、滿意的數(shù)據(jù)。制造全尺寸模型的試驗(yàn)臺(tái)已不切實(shí)際，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的燃燒器直接進(jìn)行空氣動(dòng)力場(chǎng)的測(cè)量，以及對(duì)燃燒器內(nèi)燃燒、流動(dòng)、傳熱整體規(guī)律特性進(jìn)行測(cè)量幾乎是不可能的，所以，通過(guò)試驗(yàn)指導(dǎo)鍋爐設(shè)計(jì)存在很大的局限性。
[0004]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)、計(jì)算燃燒學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)得到了飛速發(fā)展。以CFD為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬日益成為各國(guó)能源動(dòng)力領(lǐng)域的研究者們用來(lái)研究燃燒器內(nèi)復(fù)雜物理、化學(xué)過(guò)程的重要手段。數(shù)值模擬方法速度快，獲得的信息量大，能全而預(yù)報(bào)燃燒器內(nèi)的流動(dòng)、傳熱和燃燒過(guò)程，為燃燒器的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和改造提供重要的參考依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。因而，通過(guò)燃燒器物理、化學(xué)過(guò)程的全模擬數(shù)值計(jì)算，分析燃燒器內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)，來(lái)對(duì)燃燒過(guò)程中NOX的生成做出預(yù)報(bào)成為可行的研究手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，本發(fā)明提供一種燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法，能準(zhǔn)確反映燃燒器的燃燒機(jī)理，為燃燒器的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。
[0006]其技術(shù)方案如下:
[0007]所述燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法，包括如下步驟:
[0008](I)建立用于模擬燃燒器燃燒狀況的計(jì)算模型；
[0009](2)根據(jù)燃燒器的結(jié)構(gòu)特征選取代表截面，對(duì)所述代表截面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格模型；
[0010](3)設(shè)置所述網(wǎng)格模型的初始邊界條件；
[0011](4)根據(jù)所述計(jì)算模型及設(shè)置了初始邊界條件后的網(wǎng)格模型，測(cè)量出各代表截面的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分場(chǎng)。
[0012]步驟(I)中，所述建立用于模擬燃燒器燃燒狀況的計(jì)算模型，具體包括以下步驟:
[0013]建立燃燒器的湍流流動(dòng)模型和輻射傳熱模型。
[0014]具體的，步驟⑷中所述組分場(chǎng)包括O2濃度場(chǎng)、CO 2濃度場(chǎng)、CO濃度場(chǎng)、C 2Η50Η濃度場(chǎng)、CH3OH濃度場(chǎng)。
[0015]步驟(3)中，設(shè)置所述網(wǎng)格模型的初始邊界條件，具體包括以下步驟:
[0016]設(shè)置燃料的組分及物態(tài)；設(shè)置火焰參數(shù)；設(shè)置燃料消耗量；設(shè)置過(guò)量空氣系數(shù)；設(shè)置壓力速度的耦合采用SIMPLE算法求解。
[0017]所述燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法在步驟(4)后進(jìn)一步包括以下步驟:
[0018]根據(jù)各代表截面的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分場(chǎng)對(duì)燃燒器熱態(tài)特征進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)燃燒器進(jìn)行改造。
[0019]上述燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法通過(guò)建立計(jì)算模型，得到燃燒器內(nèi)各個(gè)代表截面的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和組分場(chǎng)，從燃燒機(jī)理角度認(rèn)識(shí)燃燒器區(qū)別于傳統(tǒng)燃燒器的技術(shù)領(lǐng)先性，從理論上了解其設(shè)計(jì)合理性，且該燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法測(cè)試周期短、測(cè)量精度高，能為燃燒器的應(yīng)用和推廣提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)保證。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法的流程圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的代表截面的示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面的網(wǎng)格模型示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的Pl截面的網(wǎng)格模型示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面溫度場(chǎng)的示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的Pl截面溫度場(chǎng)的示意圖；
[0026]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的P2截面溫度場(chǎng)的示意圖；
[0027]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中的P3截面溫度場(chǎng)的示意圖；
[0028]圖9為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面速度場(chǎng)的示意圖；
[0029]圖10為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面02濃度場(chǎng)的示意圖；
[0030]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面0)2濃度場(chǎng)的示意圖；
[0031]圖12為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面CO濃度場(chǎng)的示意圖；
[0032]圖13為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面C2H5OH濃度場(chǎng)的示意圖；
[0033]圖14為本發(fā)明實(shí)施例中的中心截面CH3OH濃度場(chǎng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0035]參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明還提供一種燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法，能準(zhǔn)確反映燃燒器的燃燒機(jī)理，為燃燒器的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。所述燃燒器熱態(tài)特征測(cè)量方法，包括如下步驟:
[0036]步驟SlOl:建立用于模擬燃燒器燃燒狀況的計(jì)算模型；
[0037]本實(shí)施例采用ANSYS FLUENT 14.0軟件對(duì)開(kāi)發(fā)的燃燒器進(jìn)行基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)的數(shù)值模擬，從燃燒機(jī)理角度認(rèn)識(shí)該燃燒器區(qū)別于傳統(tǒng)燃燒器的技術(shù)領(lǐng)先性和創(chuàng)新性，從理論上解釋清楚其設(shè)計(jì)合理性，從而為今后該類型燃燒器的推廣應(yīng)用提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)保證；
[0038]考慮到計(jì)算模型的可靠性，在其中一個(gè)實(shí)施例中，建立湍流流動(dòng)模型和輻射傳熱模型模擬燃燒器的燃燒狀況；在本實(shí)施例中，選用了標(biāo)準(zhǔn)k- ε模型作為湍流流動(dòng)模型，DO輻射模型作為射傳熱模型。
[0039]步驟S102:根據(jù)燃燒器的結(jié)構(gòu)特征選取代表截面，對(duì)所述代表截面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格模型；
[0040]在本實(shí)施例中，根據(jù)燃燒器的結(jié)構(gòu)特征，以其結(jié)果尺寸為依據(jù)選取代表截面，如圖2所示，為本實(shí)施例中選擇的代表截面的示意圖，代表截面包括:
[0041 ] (I)中心截面(X = O)
[0042](2)Pl:下層空氣噴口橫截面(ζ = 5.414mm)
[0043](3)P2:中間層空氣噴口橫截面(ζ = 20.414mm)
[0044](4)P3:上層空氣噴口橫截面(z = 35.414mm