本文關(guān)鍵詞：直流電弧數(shù)值模擬及等離子點火特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 火電站鍋爐啟動和低負(fù)荷穩(wěn)燃過程中，需要消耗大量的燃料油，我國的油資源貧乏，國際原油價格又呈現(xiàn)不斷上漲之勢，因此節(jié)油急不可待。等離子點火裝置可以在完全不需要任何燃油的情況下達(dá)到點火及穩(wěn)燃的目的，是一種有效節(jié)約鍋爐點火、穩(wěn)燃和調(diào)試用油的手段，對降低發(fā)電成本、節(jié)約油資源、增強(qiáng)國家能源安全有很大意義。等離子燃燒器是等離子點火系統(tǒng)主要設(shè)備之一，，其結(jié)構(gòu)特點、點火特性直接關(guān)系到該技術(shù)的應(yīng)用和推廣，因此，本文對等離子燃燒器的點火特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 首先，本文介紹了等離子體點火系統(tǒng)的基本構(gòu)成、等離子體的基本特性、等離子體對煤粉的促燃效果以及等離子發(fā)生器的傳熱量分析等。在此基礎(chǔ)上，運用熱力學(xué)和物理化學(xué)的基本知識，對等離子發(fā)生器出口的等離子體射流的溫度進(jìn)行了估算。 其次，本文運用磁流體力學(xué)模型和k-ε湍流模型，使用ANSYS軟件對等離子體發(fā)生器內(nèi)的直流電弧等離子體進(jìn)行數(shù)值模擬，得到溫度場和速度場分布，結(jié)果顯示等離子發(fā)生器陽極噴口等離子體的中心溫度高，從中心至壁面的溫度逐漸降低，呈拋物線分布，陽極噴口的速度類似于溫度分布，也呈拋物線分布，將溫度和速度分布擬合成方程作為等離子體點火數(shù)值模擬的入口邊界條件。對不同工況下直流電弧進(jìn)行數(shù)值模擬，得到不同功率、不同進(jìn)氣量、不同冷卻水流量對電極溫度的影響規(guī)律。 再次，本文利用商業(yè)軟件FLUENT，采用合適的數(shù)學(xué)模型對等離子燃燒器內(nèi)的點火過程進(jìn)行數(shù)值模擬計算。氣相湍流流動采用k-ε模型模擬，氣相湍流燃燒采用平衡混合分?jǐn)?shù)／PDF模型模擬，輻射換熱采用P1模型模擬，焦炭的燃燒采用動力擴(kuò)散燃燒模型，對煤粉揮發(fā)分的釋放采用了雙匹配速率模型，煤粉顆粒的跟蹤采用了隨機(jī)軌道方法。模擬得出了一些能反應(yīng)等離子點火特性的關(guān)鍵參數(shù)的分布，如溫度場、速度場、CO和CO_2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及燃燒筒的壁面溫度等，從而對等離子燃燒器的點火特性進(jìn)行系統(tǒng)研究。 最后，對不同工況下的點火過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了一次風(fēng)速度、煤粉濃度以及一次風(fēng)的入口角度對等離子點火的影響規(guī)律。這些規(guī)律為等離子燃燒器的改進(jìn)和設(shè)計提供參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：等離子點火 直流電弧 數(shù)值模擬 等離子燃燒器 特性研究
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TK227
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題的背景和意義10-12
• 1.2 等離子點火技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r12-14
• 1.3 等離子體電弧數(shù)值模擬研究狀況14-15
• 1.4 等離子體射流數(shù)值模擬研究狀況15-16
• 1.5 本文的主要工作16-17
• 1.6 本章小節(jié)17-18
• 2 等離子點火裝置的系統(tǒng)構(gòu)成及點火機(jī)理18-29
• 2.1 等離子點火裝置的系統(tǒng)構(gòu)成18-21
• 2.1.1 等離子發(fā)生器18-19
• 2.1.2 等離子燃燒器19-20
• 2.1.3 電源系統(tǒng)20-21
• 2.1.4 控制系統(tǒng)21
• 2.1.5 輔助系統(tǒng)21
• 2.2 等離子體電弧的理論基礎(chǔ)21-26
• 2.2.1 等離子體的基本概念21-22
• 2.2.2 典型的直流電弧等離子體流動傳熱過程分析22-24
• 2.2.3 等離子發(fā)生器內(nèi)流動傳熱過程分析24-26
• 2.3 等離子體射流對煤粉的促燃26-28
• 2.4 本章小節(jié)28-29
• 3 等離子發(fā)生器出口溫度的理論計算29-35
• 3.1 電弧區(qū)等離子體向壓縮空氣的傳熱量分析29-30
• 3.2 等離子體出口的溫度計算30-34
• 3.2.1 氧氣解離度的計算31-33
• 3.2.2 系統(tǒng)的能量平衡33-34
• 3.3 本章小節(jié)34-35
• 4 等離子發(fā)生器內(nèi)直流電弧數(shù)值模擬35-49
• 4.1 磁流體力學(xué)模型35-37
• 4.1.1 基本守恒方程35-36
• 4.1.2 麥克斯韋方程組36
• 4.1.3 湍流模型36-37
• 4.2 ANSYS軟件簡介37-40
• 4.2.1 ANSYS的模擬能力37-38
• 4.2.2 求解問題步驟38-40
• 4.3 幾何模型和邊界條件40-42
• 4.3.1 幾何模型40-41
• 4.3.2 邊界條件41-42
• 4.4 計算結(jié)果及其分析42-48
• 4.4.1 溫度與速度結(jié)果及分析42-45
• 4.4.2 功率對電極溫度的影響45-46
• 4.4.3 壓縮空氣對電極溫度的影響46-47
• 4.4.4 冷卻水對電極冷卻的影響47-48
• 4.5 本章小節(jié)48-49
• 5 煤粉燃燒的數(shù)學(xué)模型49-64
• 5.1 基本守恒方程49-50
• 5.2 湍流模型50-52
• 5.2.1 各湍流模型介紹50-51
• 5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型51-52
• 5.3 離散相模型52-55
• 5.3.1 離散相模型簡介52-53
• 5.3.2 顆粒的軌道計算53-55
• 5.4 氣相湍流燃燒模型55-58
• 5.4.1 各氣相湍流燃燒模型介紹55-56
• 5.4.2 混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)模型(Mixture fraction/PDF)56-58
• 5.5 揮發(fā)分析出模型58-60
• 5.5.1 各揮發(fā)分析出模型介紹58-59
• 5.5.2 雙方程競爭反應(yīng)模型59-60
• 5.6 焦炭燃燒模型60-61
• 5.6.1 焦炭燃燒模型概述60
• 5.6.2 動力學(xué)/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型60-61
• 5.7 輻射換熱模型61-63
• 5.7.1 輻射換熱模型概述61-62
• 5.7.2 P-1模型62-63
• 5.8 本章小節(jié)63-64
• 6 等離子點火模擬結(jié)果分析64-82
• 6.1 FLUENT軟件簡介64
• 6.2 幾何模型及邊界條件64-66
• 6.2.1 幾何模型64-66
• 6.2.2 邊界條件66
• 6.3 計算結(jié)果分析66-81
• 6.3.1 燃燒器內(nèi)煤粉氣流著火過程66-73
• 6.3.2 一次風(fēng)速對煤粉點火的影響73-75
• 6.3.3 煤粉濃度對點火的影響75-77
• 6.3.4 一次風(fēng)速入口角度對點火的影響77-81
• 6.4 本章小節(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 附錄A 等離子點火裝置基本參數(shù)87-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況88-89
• 致謝89-90

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 陳明敏;連續(xù)弧等離子點火電源技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

2 王建偉;等離子燃燒器結(jié)構(gòu)特點和運行特性的研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2010年

3 吳敏;水射流對等離子點火燃燒過程影響的研究[D];大連理工大學(xué);2010年

4 徐顏軍;220t/h煤粉爐少油點火機(jī)理研究與應(yīng)用[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

5 石磊;稀薄燃燒方式下等離子點火過程研究[D];大連理工大學(xué);2012年

6 韋慧媛;等離子點火技術(shù)在新昌電廠的應(yīng)用研究[D];華北電力大學(xué);2012年

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本文編號：375826