氣體燃料憑借其清潔、高效的特性被廣泛應(yīng)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(gòu)件,燃燒器的性能研究得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注,目前,在滿足基本燃燒需求的基礎(chǔ)上,如何進(jìn)一步提高燃燒效率并實(shí)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(duì)燃燒效果影響較大,同樣的,燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也能在一定程度上改善燃燒條件。本文以LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器(SCV)的燃燒器為研究對(duì)象,分析其燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,并基于傳統(tǒng)的燃燒器結(jié)構(gòu)提出了可行性結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案,運(yùn)用數(shù)值模擬手段分析氣體燃料在不同結(jié)構(gòu)的燃燒器燃燒室內(nèi)的燃燒性能,從而為優(yōu)化燃燒器結(jié)構(gòu)的研究提供依據(jù)。本文分別對(duì)燃燒冷態(tài)場(chǎng)和熱態(tài)場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算,對(duì)比分析燃燒器冷態(tài)場(chǎng)及熱態(tài)場(chǎng)內(nèi)部溫度、速度分布以及主要反應(yīng)物和生成物濃度分布。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),燃燒器冷態(tài)場(chǎng)和熱態(tài)場(chǎng)流場(chǎng)基本相同,熱態(tài)場(chǎng)內(nèi)由于燃?xì)馊紵裏崃繉?duì)燃?xì)饧翱諝饬魉佼a(chǎn)生擾動(dòng)作用,使熱態(tài)場(chǎng)內(nèi)部分區(qū)域流速高于冷態(tài)場(chǎng)內(nèi)流體速度。為進(jìn)一步探究燃燒器旋流結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒過(guò)程的影響,本文對(duì)葉片角度分別為45゜、60゜、75゜的燃燒器內(nèi)部流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的分布情況進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,當(dāng)氣體通過(guò)某一角度的旋流葉片時(shí),產(chǎn)生一定強(qiáng)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(zhǎng)度隨旋流葉片角度的增加而增長(zhǎng),當(dāng)旋流角度最小為45゜時(shí),燃燒室內(nèi)回流區(qū)面積最大,火焰溫度分布最為均勻。基于45゜旋流角度的旋流器,在燃?xì)庵行膰娍姿闹芗尤胫绷骺自O(shè)計(jì),對(duì)無(wú)直流孔旋流器、帶4直流孔和8直流孔的旋流器性能進(jìn)行了研究,通過(guò)改變?nèi)肟谔幙諝獾牧魉?對(duì)比分析了這三種結(jié)構(gòu)的旋流燃燒室內(nèi)的溫度分布。結(jié)合多種結(jié)構(gòu)的旋流燃燒結(jié)果,對(duì)燃燒室出口處的主要燃燒產(chǎn)物NO_x含量進(jìn)行分析對(duì)比,經(jīng)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)旋流角度較大時(shí)NO_x生成數(shù)量增加,這是由于當(dāng)旋流角度較大時(shí)燃?xì)馊紵怀浞?產(chǎn)生污染物較多。結(jié)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(jié)構(gòu)有效地減小了流阻,降低了旋流器出口氣流的湍流強(qiáng)度,有利于強(qiáng)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(duì)壁面的高溫腐蝕。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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?xì)馊紵鞯膰?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 富氧燃燒技術(shù)的發(fā)展
        1.2.2 旋流燃燒技術(shù)的發(fā)展
        1.2.3 高溫空氣燃燒技術(shù)的發(fā)展
        1.2.4 其他燃燒技術(shù)的發(fā)展
    1.3 本文研究方法及內(nèi)容
第2章 LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器燃燒原理及理論計(jì)算
    2.1 LNG浸沒(méi)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(méi)燃燒式氣化器燃燒所需空氣量計(jì)算
        2.1.3 LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器燃燒溫度計(jì)算
    2.2 LNG浸沒(méi)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(qiáng)度計(jì)算
    2.3 LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器NOx生成機(jī)理和控制方法
    2.4 本章小結(jié)
第3章 LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器數(shù)學(xué)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(yùn)輸和化學(xué)反應(yīng)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(jié)
第4章 LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器物理模型的建立及數(shù)值模擬
    4.1 LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器物理模型
        4.1.1 網(wǎng)格劃分方法
        4.1.2 計(jì)算模型及邊界條件選擇
    4.2 數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證及流場(chǎng)分析
        4.2.1 冷態(tài)場(chǎng)數(shù)值模擬流動(dòng)分析
        4.2.2 計(jì)算模型及邊界條件選擇
    4.3 本章小結(jié)
第5章 LNG浸沒(méi)燃燒式氣化器旋流結(jié)構(gòu)變化對(duì)燃燒性能的影響
    5.1 旋流燃燒器旋流強(qiáng)度對(duì)燃燒特性的影響
        5.1.1 不同旋流角度下的燃燒結(jié)果分析
        5.1.2 旋流角度對(duì)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(duì)燃燒效率的影響
        5.2.1 帶直流孔旋流燃燒器速度場(chǎng)分析
        5.2.2 帶直流孔旋流燃燒器溫度場(chǎng)分析
    5.3 空氣進(jìn)口速度對(duì)不同直流孔旋流器的燃燒影響
    5.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文與專利
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2856101