氣體燃料憑借其清潔、高效的特性被廣泛應用于發(fā)電、冶金、建材等各行各業(yè)。而作為氣體燃燒中最重要的組成構件,燃燒器的性能研究得到了國內(nèi)外學者的高度關注,目前,在滿足基本燃燒需求的基礎上,如何進一步提高燃燒效率并實現(xiàn)綠色燃燒成為燃燒器性能研究的重中之重。燃料本身的物性條件對燃燒效果影響較大,同樣的,燃燒器的內(nèi)部結構也能在一定程度上改善燃燒條件。本文以LNG浸沒燃燒式氣化器(SCV)的燃燒器為研究對象,分析其燃燒化學反應機理,并基于傳統(tǒng)的燃燒器結構提出了可行性結構改進方案,運用數(shù)值模擬手段分析氣體燃料在不同結構的燃燒器燃燒室內(nèi)的燃燒性能,從而為優(yōu)化燃燒器結構的研究提供依據(jù)。本文分別對燃燒冷態(tài)場和熱態(tài)場進行模擬計算,對比分析燃燒器冷態(tài)場及熱態(tài)場內(nèi)部溫度、速度分布以及主要反應物和生成物濃度分布。通過對比分析發(fā)現(xiàn),燃燒器冷態(tài)場和熱態(tài)場流場基本相同,熱態(tài)場內(nèi)由于燃氣燃燒熱量對燃氣及空氣流速產(chǎn)生擾動作用,使熱態(tài)場內(nèi)部分區(qū)域流速高于冷態(tài)場內(nèi)流體速度。為進一步探究燃燒器旋流結構對燃燒過程的影響,本文對葉片角度分別為45゜、60゜、75゜的燃燒器內(nèi)部流場、溫度場的分布情況進行對比分析。結果表明,當氣體通過某一角度的旋流葉片時,產(chǎn)生一定強度的旋流形成回流區(qū),有利于火焰燃燒穩(wěn)定,并呈現(xiàn)出燃燒器內(nèi)部火焰長度隨旋流葉片角度的增加而增長,當旋流角度最小為45゜時,燃燒室內(nèi)回流區(qū)面積最大,火焰溫度分布最為均勻�；�45゜旋流角度的旋流器,在燃氣中心噴孔四周加入直流孔設計,對無直流孔旋流器、帶4直流孔和8直流孔的旋流器性能進行了研究,通過改變?nèi)肟谔幙諝獾牧魉?對比分析了這三種結構的旋流燃燒室內(nèi)的溫度分布。結合多種結構的旋流燃燒結果,對燃燒室出口處的主要燃燒產(chǎn)物NO_x含量進行分析對比,經(jīng)模擬計算發(fā)現(xiàn)旋流角度較大時NO_x生成數(shù)量增加,這是由于當旋流角度較大時燃氣燃燒不充分,產(chǎn)生污染物較多。結果表明,45゜旋流角度、帶4直流孔的旋流燃燒器燃燒性能最優(yōu),這種結構有效地減小了流阻,降低了旋流器出口氣流的湍流強度,有利于強化燃燒,且燃燒器軸向混合速度最大,但近壁面處溫度較低,一定程度上緩和了燃燒對壁面的高溫腐蝕。
【學位單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TK16
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 燃氣燃燒器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 富氧燃燒技術的發(fā)展
        1.2.2 旋流燃燒技術的發(fā)展
        1.2.3 高溫空氣燃燒技術的發(fā)展
        1.2.4 其他燃燒技術的發(fā)展
    1.3 本文研究方法及內(nèi)容
第2章 LNG浸沒燃燒式氣化器燃燒原理及理論計算
    2.1 LNG浸沒燃燒式氣化器燃燒原理
        2.1.1 天然氣的物理性質(zhì)
        2.1.2 LNG浸沒燃燒式氣化器燃燒所需空氣量計算
        2.1.3 LNG浸沒燃燒式氣化器燃燒溫度計算
    2.2 LNG浸沒燃燒式氣化器旋流理論
        2.2.1 空氣旋流的基本特性
        2.2.2 旋流強度計算
    2.3 LNG浸沒燃燒式氣化器NOx生成機理和控制方法
    2.4 本章小結
第3章 LNG浸沒燃燒式氣化器數(shù)學模型的建立
    3.1 控制方程
        3.1.1 基本控制方程
        3.1.2 湍流模型
        3.1.3 組分運輸和化學反應模型
        3.1.4 輻射模型
    3.2 控制方程的離散
        3.2.1 數(shù)值方法
        3.2.2 離散格式
    3.3 本章小結
第4章 LNG浸沒燃燒式氣化器物理模型的建立及數(shù)值模擬
    4.1 LNG浸沒燃燒式氣化器物理模型
        4.1.1 網(wǎng)格劃分方法
        4.1.2 計算模型及邊界條件選擇
    4.2 數(shù)值計算驗證及流場分析
        4.2.1 冷態(tài)場數(shù)值模擬流動分析
        4.2.2 計算模型及邊界條件選擇
    4.3 本章小結
第5章 LNG浸沒燃燒式氣化器旋流結構變化對燃燒性能的影響
    5.1 旋流燃燒器旋流強度對燃燒特性的影響
        5.1.1 不同旋流角度下的燃燒結果分析
        5.1.2 旋流角度對燃燒效率和氮氧化物排放的影響
    5.2 旋流燃燒器中直流孔數(shù)量對燃燒效率的影響
        5.2.1 帶直流孔旋流燃燒器速度場分析
        5.2.2 帶直流孔旋流燃燒器溫度場分析
    5.3 空氣進口速度對不同直流孔旋流器的燃燒影響
    5.4 本章小結
總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文與專利
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2856101