大速差射流燃烧室中烟煤与贫煤燃烧的数值模拟.pdfVIP

维普资讯 第 22卷 第 3期 力 学 学 报 V01．22．No．} 1990年 5月 ACTA M ECHANICA SINICA M ay， 1990 大速差射流燃烧室中烟煤与贫煤 燃烧的数值模拟D 张 健 周 力 行 (清 华 大 学) 曩要 本文基于颗粒相的轨道模型，对大迷差射流燃烧室中烟煤粉与贫煤粉的二维流 动．混合及燃烧进行了数值模拟．模拟结果从两相耦合的角度，阐明了煤粉颗粒在燃烧室中 运动的规律，煤粉与大速差射流诱导的中心气体逆流之间的混合及其对煤粉火焰稳定的影响， 指出此种燃烧室中煤粉火焰稳定的回流区燃烧机理．气相流场及回流区的预报结果与实验符 合 良好． 关键调 煤粉燃烧，大速差射流燃烧室，数值模拟，两相流 一 、 引 言 为使大速差射流煤粉燃烧室得到广泛应用，需要针对更多的运行工况和煤种类型对 其 内部的湍流两相流动和燃烧过程进行深入细致的研究，使燃烧室的设计建立在对内部 物理过程充分 了解的基础上 ． 湍流两相流动和燃烧涉及湍流、传热、燃烧和两相相互作用等复杂过程 ，对其进行细 致的分析必须借助于数值模拟这一工具．用数值模拟方法研究煤粉湍流两相流动和燃烧 起始于70年代 ，国外比较有代表性的是美 国 L_D．Smoot~ 和英国 J．Swithenbank~zJ等 人进行的工作．由于描述其中某些过程的数学犊型和数据的不确定性，以及整个计算模 型本身的强非线性和强耦台，煤粉湍流两相流动和燃烧的数值模拟是一项难度较大的工 作． ‘ ’ 本文作者曾用连续介质一轨道颗粒模型对大速差射流燃烧室的煤粉湍流两相流 动 和 燃烧进行过初步模拟一 ． 本文拟进一步探讨此种燃烧室中烟煤粉和贫煤粉两种不同晦 煤种对气相回流区、温度、浓度分布以及颗粒行为等的影响． 为对比不同的两相流模型， 本文采用颗粒群的轨道模型．其中考虑到颗粒相与气相之间质量、动量和能量的耦台，同 时对气相单元 内积分颗粒轨道方法及两相耦台迭代法作了进一步改进，并对颗粒的热解 挥发及焦炭燃烧采用更接近于实际过程的模型和数据． 二、数 学 模 型 按颗粒轨道模型，颗粒动量方程为 I)国家 自然科学基金南大项 目资助课题． 车文于 l98B年 l且11日收到， 988年 7月 14日收到佳改蔫． 维普资讯 第 3期 张 健等：大逮差射流燃烧室中烟煤与贫煤燃烧的数值模拟 du{一 ( 一 )／ (1) do^一 ( 一 t)／ (2) 其 中 r 一p，d ~xp(BD一1]／1 “Bt (3) 一 c口JR l／24 (4) Bt一 一而t／ Ⅳ D (5) l颚粒阻力系数 cD。用 Wallis-Kilachko公式 ，颗粒传热、传 质 的 Ⅳ 数 用 Ranz- LMarsha|l公式 (假定颗粒周 围气体膜层 中 L 一 1)． 构成煤粉颗粒质量变化的水分蒸发率 、挥发析 出率和焦炭燃烧率为 “： 一 一 “NutDp,ln(1+ (Y 一 Y．)10 一Y ))