生物质燃气燃烧器优化设计及燃烧特性模拟研究

作     者：李杰 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯明杰

授予年度：2019年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：生物质燃气 燃烧器 出口角速度 出口喷管优化 燃烧特性 

摘      要：生物质被称为世界第四大能源,对于生物质的利用,人们往往倾向于将生物质进行气化技术处理来获得生物质气。燃烧器是火焰炉最重要的组成部分,对炉内燃烧的组织、工件的加热质量及效率都起着至关重要的作用,随着世界各国日益对生物质能源利用意识的加强,生物质燃气燃烧器的开发和应用成为人们目前关注的热点之一。本文首先基于某种生物质燃气的成分,参考相关燃气燃烧器的设计思路和前人经验,对热负荷为125KW的生物质燃气燃烧器进行参数计算和初步设计。构建燃烧器,建立相应的数学物理模型,基于Fluent软件分别对设计的生物质燃气燃烧器的流动特性进行了研究。在空气流通面积一定条件下,螺旋叶片圈数和螺旋上升角都会对空气出口的角速度分布产生影响;当螺旋上升角β一定时,随着螺旋叶片圈数的增加,空气出口角速度逐渐减小;当螺旋叶片圈数N一定时,随着螺旋上升角β的增大,空气出口角速度逐渐增大。当螺旋叶片圈数不发生变化时,随着空气流通面积的减小,空气出口的角速度逐渐增大,曲线逐渐上移,但增大的趋势逐渐变缓;随着缩管长度的减小,空气出口角速度逐渐增加,缩管越短,在同样条件下空气旋转的激烈程度越高。构建燃烧室模型,基于Fluent软件,对不同结构参数下燃烧器的燃烧性能进行了研究。随着螺旋上升角β的增大,燃烧室内中心轴上温度的最大值逐渐增大,曲线逐渐上移,高温区逐渐向燃烧室的中心线靠拢,火焰的直径逐渐变小,且随着空气流速的增大,在同样条件下,这种现象表现的更加明显。当螺旋上升角一定时,随着流通面积的减小,轴向温度变化曲线逐渐上移,轴线上的温度整体升高,火焰变得瘦长,高温区更加集中在燃烧室中心轴线附近。对燃烧器出口管优化后,燃烧室内的温度场会随着喷管长度和曲率半径的变化而发生改变,当喷管长度保持不变时,随着喷管曲率半径的增大,火焰直径增大,火焰长度变短,反之,当喷管长度保持不变时,随着喷管曲率半径的减小,火焰直径缩小,而火焰长度增长。当螺旋叶片数N=3,缩管长度H=80mm当螺旋上升角β=45°,空气流通面积A=0.0339m2,出口喷管长度L=200mm,出口喷管曲率半径R=250mm时,燃烧器可以获得较好的燃烧效果。