基于CFD燃烧器环形输气系统数值模拟.pdfVIP

电信息技术 基于 CFD燃烧器环形输气系统数值模拟 杨培凯 庄智勇 陈伟博 (1．广东江联能源环保有限公司 2．华南理工大学机械与汽车工程学院) 摘要 ：阐述计算机流体力学 (CFD)湍流模型的理论基础，介绍ICEM．CFD软件混合网格划分复杂结构几 何体方法。采用Fluent对燃烧器环形输气系统燃气流动情况进行数值模拟和分析，研究燃气在环形输气系统内的 压力和速度分布状况。结果表明：环形输气系统各部位压力分布与气体流动速度存在较大差异，气体粘度对系统 内燃气流动状态有较大影响。所得结果对环形输气系统设计与结构优化起到重要指导作用。 关键词：燃烧器；环形输气系统；计算机流体力学；湍流；数值模拟 0 引言 1 湍流模型 对燃烧器在燃烧过程中各部件的压力、温度等运 燃气在燃烧器环形输气系统 中，雷诺数 行参数进行研究是设计、优化燃烧器结构的重要手 Re4000，因此流动状态一般为湍流，燃气流体动量、 段。研究燃烧过程运行参数的2种主要手段为试验研 能量激烈交换，气体密度也快速变化，是流体复杂波 究和数值模拟 1【。】。试验研究采用各种传感器对运行参 动的运动状态 ¨。 数进行直接或间接测量，得到的参数客观、准确，但 粘性流体流动的N—s方程组用于描述流场中任 试验成本高、周期长、对特定分布点参数无法获取全 一 空间点上的流动参数随时间和空间变化情况，适用 局信息，湍流特性参数、燃烧效率等间接参数无法准 于湍流流动内部结构和物理量复杂多变的情况，方程 确计算。随着计算机技术、理论算法、流体力学迅猛 组由如下4个方程组成 l【1]： 发展，数值模拟作为试验研究的补充工具，在燃烧流 连续性方程 (质量守恒方程) 动研究领域被广泛应用 们。 塑+ ()=o (1) at 魂 ” 、 环形输气系统的形状、结构、安装位置决定燃气 其中，p为流体密度；t为时间；誓、 分别为流体 喷射的位置、压力、流速和浓度空间分布状况，对燃 微元在i方向瞬时位置、速度 。 烧器燃烧效率、污染物生成影响很大。由于环形输气 动量平衡方程 系统结构复杂、尺寸小，实际试验难以获取全面运行 参数，且通过实际试验进行结构优化成本较高。运用 p()+言()=一+ (2) 计算机流体力学 (computationalfluiddynamics，CFD) 其中， 为流体密度；t为时间；Xi、Xj、 、vj分 技术对环形输气系统燃气流动情况进行数值模拟，能 别为流体微元在i、 方向瞬时位置、速度； 为应 全面了解燃气在环形输气系统内压力、流速等分布状 力张量； ，为流体微元i方向受到外部体积力。 况以及燃气在喷嘴处的喷射角度、速度等参数，且具 化学组分方程 有周期短、成本低的特点。本文在分析 CFD湍流理 论模型和混合网格划分技术基础上，运用 CFD 软件 昙()+毒(mI)毒考J+ (3) Fluent对燃烧器环形输气系统燃气流动进行数值模拟 其中， 为流体密度；t为时间；x、v，分别为流体 和分析，为燃烧器结构优化设计提供有价值的参考。 微元在 ，方向瞬时位置、速度；m，为第f种物质质量 ，Ic基金项 目：广州市科信局企业孵化器资助类专项