發(fā)布時(shí)間：2021-07-23 08:08

　　基于不同的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、湍流模型和燃燒模型,采用8組不同耦合模型對(duì)CO/H₂/N₂合成氣非預(yù)混射流火焰進(jìn)行模擬計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較,分析了不同耦合模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:耦合模型4（37步14組分化學(xué)反應(yīng)機(jī)理動(dòng)力學(xué)模型PdM+RNG k-ε湍流模型+穩(wěn)態(tài)層流小火焰燃燒模型SLF）和耦合模型8（化學(xué)反應(yīng)機(jī)理GRI-Mech 3.0模型+標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型+EDC燃燒模型）對(duì)該火焰的模擬結(jié)果更為準(zhǔn)確;采用SLF的耦合模型比采用EDC的耦合模型更能準(zhǔn)確模擬火焰溫度和主要組分的徑向分布;采用耦合模型4能夠獲得該合成氣非預(yù)混射流火焰的最佳模擬計(jì)算結(jié)果。 

【文章來源】：動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2020,40(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

“chn A”火焰照片

根據(jù)燃燒器的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性,建立相應(yīng)的二維軸對(duì)稱計(jì)算模型。選取對(duì)稱軸分界的1/2燃燒區(qū)域作為計(jì)算域并進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,如圖2所示,其中z軸為經(jīng)過燃料噴嘴中心(坐標(biāo)原點(diǎn))的對(duì)稱軸,r軸為經(jīng)過燃料噴嘴中心的徑向坐標(biāo)軸。計(jì)算域以燃料噴嘴中心為原點(diǎn),軸向長(zhǎng)度為87.3d(400 mm),徑向半徑寬度為42.8d(196 mm),計(jì)算域的長(zhǎng)度、寬度分別約為可視火焰長(zhǎng)度和寬度的2倍和6.5倍。網(wǎng)格劃分采用四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,在燃料噴嘴入口及對(duì)稱軸附近的流動(dòng)和燃燒反應(yīng)劇烈的局部區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密,并通過不同疏密程度的網(wǎng)格進(jìn)行試算和分析,確定了整個(gè)計(jì)算域的網(wǎng)格質(zhì)量在0.95以上,四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格單元數(shù)量共13 050個(gè),此時(shí)網(wǎng)格密度對(duì)模擬計(jì)算精度的影響可以忽略。

采用8組耦合模型對(duì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)火焰(“chn A”火焰)進(jìn)行模擬計(jì)算,得到火焰在軸線上的溫度分布(見圖3)。由圖3可知,8組耦合模型計(jì)算得到的火焰溫度沿軸線變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)值較吻合。在z=50～150 mm處,耦合模型3、4、6、7和8的計(jì)算結(jié)果較好,耦合模型1、2和5的計(jì)算結(jié)果在一定程度上偏離了實(shí)驗(yàn)值。耦合模型計(jì)算的峰值溫度普遍低于實(shí)驗(yàn)值,8組耦合模型計(jì)算所得的峰值溫度比實(shí)驗(yàn)所得峰值溫度(1 938.4 K)低3.3%～8.0%。主要原因是模擬計(jì)算中的耗散率被高估。采用耦合模型3、4、7計(jì)算所得的峰值溫度與實(shí)驗(yàn)所得峰值溫度的誤差較小,相對(duì)誤差均小于4.2%。以實(shí)驗(yàn)所得峰值溫度對(duì)應(yīng)的軸向位置193.6 mm為參考基準(zhǔn),則耦合模型6和耦合模型8模擬計(jì)算的峰值溫度軸向位置分別前移了6.4%和4.6%,而耦合模型2和耦合模型5模擬計(jì)算的峰值溫度軸向位置分別后移了5.1%和9.5%;其余4組耦合模型模擬計(jì)算的峰值溫度軸向位置較為準(zhǔn)確,均在191.8～195.5 mm范圍內(nèi),相對(duì)誤差均小于1.0%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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