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新型旋流高温空气燃烧器的数值模拟研究

新型旋流高温空气燃烧器的数值模拟研究

作者：汪文辉东华大学

学位级别：硕士

高温空气燃烧(High temperature air combustion,HTAC)是一种采用高预热空气在超低氧浓度条件下的先进燃烧技术,它具有很低的NO(热力型)排放特性,并且通过采用高效的蓄热陶瓷材料极限回收燃烧后的烟气中的余热来加热进入炉膛内的空气,... 详细信息

高温空气燃烧(High temperature air combustion,HTAC)是一种采用高预热空气在超低氧浓度条件下的先进燃烧技术,它具有很低的NO(热力型)排放特性,并且通过采用高效的蓄热陶瓷材料极限回收燃烧后的烟气中的余热来加热进入炉膛内的空气,从而大幅度地节约了能量。高温空气燃烧技术在过去20年里得到了迅速发展,在钢铁冶金、玻璃、陶瓷、水泥等行业的工业炉中具有广阔的应用前景,被誉为21世纪最有发展前景的燃烧技术之一。高温空气燃烧技术在气体燃料的应用上可节能30%～70%,氮氧化物排放可控制在40～70mg/m之间,已取得了良好的经济效益和环境效益。研究表明燃料和空气喷嘴的特殊布置方式及其射流在炉内引起的流场回流、燃料和气体成分间的混合、扩散等影响燃烧的稳定性、温度分布以及局部NO的生成。在高温空气燃烧技术中,设计合理的燃烧器可以降低氮氧化物的排放。如何调整燃烧器结构参数和操作参数,使得燃料在低氧氛围中进行燃烧,以降低氮氧化物排放,减少对环境的污染是实现高温空气燃烧的关键。本论文以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个新型轴向旋流式单烧嘴(HCAS burner)燃烧室内的高温空气燃烧特性以及氮氧化物排放进行了数值研究。采用数值模拟的方法研究了燃烧器结构参数和操作参数对燃烧特性和氮氧化物排放的影响。其中湍流采用Reynolds应力模型,气相燃烧模拟采用β函数形式的PDF燃烧模型,采用离散坐标法模拟辐射换热过程,NO模型为热力型与快速型。通过数值模拟,得到一下结论: 首先,对预热空气采用旋转射流相比于直射流对降低NO生成量有着明显效果。对于HCAS型燃烧器,燃气的内直流使其具有一定的射流刚性,预热空气外旋流部分埘内、外侧气流的卷吸作用则使得流场捌有较好的回流、整体混合特性。在一定程度上,预热空气采用旋转射流可获得较好的流场、温度场、氧气浓度场和较低的氮氧化物排放。出口烟气中NO的摩尔分数由35.2×10%降低到12.3×10%,降低幅度达到200%左右。其次,研究和探索了喷嘴结构对高温空气燃烧特性的影响。随着肋片旋转角度的增加,燃烧室中的高温区移向入口,火焰长度缩短,宽度增大;NO排放量先减小,后增大。在此基础上,进一步分析了肋片伸展长度和空气燃气射流速度比对燃烧性能和NO排放的影响。通过几组数据的模拟结果比较,得出当肋片旋转角度为180°,肋片长度伸展因子为2时的较好的燃烧特性以及较低NO排放量。最后,在燃烧器结构参数不变的情况下,改变燃烧的操作参数,分别对预热空气温度、过量空气系数和空气含氧量等因素对对高温空气燃烧特性的影响进行了详细的数值模拟,分析和总结了在不同操作参数下高温空气燃烧的具体特点。研究结果为高温空气燃烧器设计提供了一定的理论参考。

关键词：高温空气燃烧旋流燃烧器数值模拟氮氧化物

天然气高温空气燃烧的空气直射流与旋射流的模拟比较

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化工进展 2009年第S1期28卷 493-496页

作者：汪文辉苏亚欣东华大学环境科学与工程学院上海201620

采用Reynolds应力湍流模型、β函数形式的PDF燃烧模型以及离散坐标辐射换热模型对天然气高温空气燃烧的燃烧过程进行模拟,比较了进口空气采用直射流和旋射流对高温空气燃烧过程的影响。计算结果表明,预热空气采用旋转射流比直射流,能够... 详细信息

采用Reynolds应力湍流模型、β函数形式的PDF燃烧模型以及离散坐标辐射换热模型对天然气高温空气燃烧的燃烧过程进行模拟,比较了进口空气采用直射流和旋射流对高温空气燃烧过程的影响。计算结果表明,预热空气采用旋转射流比直射流,能够更加有效地降低局部氧浓度分布,强化了在低氧条件下的燃烧过程,提高了燃料的燃烬程度,同时能明显降低NOx生成量。因此,进口空气采用旋射流可以降低NOx生成量。

关键词：工业炉高温空气燃烧转射流数值模拟

单细胞转录组测序在植物组织发育研究中的应用

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农业生物技术学报 2023年第7期31卷 1522-1533页

作者：苗龙汪文辉何艮华李佳佳高慧慧王晓波邱丽娟安徽农业大学农学院中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物基因资源与遗传改良重大科学工程/农业部作物基因资源与种质创制重点实验室

单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)技术能够揭示同一组织中异质细胞的表达谱，在细胞发育轨迹研究中发挥重要作用。目前，拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)以及玉米(Zea mays)等植物中已经逐... 详细信息

单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)技术能够揭示同一组织中异质细胞的表达谱，在细胞发育轨迹研究中发挥重要作用。目前，拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)以及玉米(Zea mays)等植物中已经逐步开展单细胞转录组研究，但相比动物细胞，植物中单细胞转录组应用尚处于起步阶段。本文阐述了植物单细胞转录组测序常用技术及其在组织发育机制、植物细胞动态发育轨迹、细胞间分化方向与互作关系等研究中的应用，讨论了单细胞转录组测序技术应用在植物中存在的问题和挑战，并对其发展前景进行展望，为利用单细胞转录组测序技术探究植物组织发育机制提供参考。

关键词：单细胞转录组测序植物组织发育轨迹

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旋流对高温空气燃烧影响的模拟研究

热能动力工程 2011年第3期26卷 333-337,374-375页

作者：苏亚欣汪文辉邓文义东华大学环境科学与工程学院上海201620

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个同心式轴向旋流高温空气燃烧器单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了模拟研究。湍流输运方程采用RSM模型,气相燃烧模型采用函数的PDF燃烧模型,辐射换热过程采用离散坐标法模拟,NOx模型... 详细信息

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个同心式轴向旋流高温空气燃烧器单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了模拟研究。湍流输运方程采用RSM模型,气相燃烧模型采用函数的PDF燃烧模型,辐射换热过程采用离散坐标法模拟,NOx模型为热力型。以天然气为燃料,在预热空气温度为1 273 K,空气含氧量为8%。燃烧总过量空气系数为1.1的条件下,进行了数值模拟计算,讨论了旋流角度和燃烧器的螺旋伸展长度等参数对NOx排放、局部温度、氧浓度和CO浓度分布等的影响。结果表明,旋流燃烧器能进一步降低NO排放,使燃烧更加完全。当螺旋肋片伸展因子R=2,燃料/空气速度比a=1.09,旋流角度θ=180°时,NO排放浓度最小,出口NO的摩尔分数为12.9×10-6,出口CO的摩尔分数为29×10-6。而当旋流角度θ=0°时(直射流),出口NO的摩尔分数为31.7×10-6,出口CO的摩尔分数为372×10-6。

关键词：工业炉高温空气燃烧旋流燃烧器

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三分支管接头可压缩流压力损失的试验研究

空气动力学学报 2015年第6期33卷 780-786页

作者：汪文辉陆振华邓康耀刘胜上海交通大学动力机械及工程教育部重点试验室上海200240 中国北方发动机研究所山西大同037036

以内燃机排气歧管三分支管接头内可压缩流动损失研究为背景,对45°三分支管接头的汇合流动进行定常试验研究,获取了在不同流动参数工况下气体流经三分支管接头时的流动数据。两个支管与主管截面积的面积比分别为1和1.56,分支夹角的交界... 详细信息

以内燃机排气歧管三分支管接头内可压缩流动损失研究为背景,对45°三分支管接头的汇合流动进行定常试验研究,获取了在不同流动参数工况下气体流经三分支管接头时的流动数据。两个支管与主管截面积的面积比分别为1和1.56,分支夹角的交界点处以及支管的转角处都为锐角边缘。利用测试所得的数据对比分析不同工况压力损失的变化规律。试验结果表明:相比于接头处的压力损失,接头管内壁摩擦对压力损失影响较小;汇合流时,两个入流管端的静压几乎相等,出流管端的压力总是小于入流管端的压力,且随着马赫数的增大,压差也增大;流动参数的不同将影响和改变三分支气流的压力损失,其中随着支管和总管流量比的增大,总压损失系数K13、K23先增大后减小,但峰值点的位置随工况参数的不同而变化;流出端马赫数对压力损失也存在影响,马赫数为0.13和0.31时,总压损失系数变化不大,当马赫数增大到0.59时,总压损失系数大幅度增加。试验结果为分析动力管网系统中多管接头压力损失及建立排气歧管可压缩流一维计算模型奠定了基础。

关键词：分支接头流动参数流量比马赫数压力损失系数

排气管系三分支接头内部流场的PIV测试研究

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实验流体力学 2014年第4期28卷 43-48页

作者：汪文辉陆振华刘胜邓康耀崔毅上海交通大学动力机械及工程教育部重点试验室上海200240 中国北方发动机研究所山西大同037036

以内燃机排气管系气体流动损失研究为背景,采用激光粒子图像测速技术对45°三分支管接头在流型6时的内部流场进行测量,获取了在不同流量比及气流马赫数工况下接头内部的流场数据。接头的支管段与主管段内径均为50mm,分支夹角的交界点处... 详细信息

以内燃机排气管系气体流动损失研究为背景,采用激光粒子图像测速技术对45°三分支管接头在流型6时的内部流场进行测量,获取了在不同流量比及气流马赫数工况下接头内部的流场数据。接头的支管段与主管段内径均为50mm,分支夹角的交界点处以及支管的转角处都为锐角边缘。通过对不同流量比q和马赫数Ma的工况进行测试,得到了气体在三分支流动中的试验数据。结合压力损失数据对比分析不同工况的速度场和流线图谱等流场特征,测试结果表明:流型6时,接头内的流场存在明显的流动收缩;气流的流动参数将影响和改变接头内的流场特性,其中随着支管与总管流量比的增大,接头内气流湍流区域扩大,压力损失增加;流出端马赫数对流场特征及压力损失也存在影响,Ma为0.13和0.31时,总压损失系数变化不大,当Ma增大到0.59时,总压损失系数大幅度增加。

关键词：分支管接头粒子图像测速流场流量比马赫数

射流参数对单烧嘴燃烧室高温空气燃烧特性的影响的数值研究

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钢铁 2010年第7期45卷 94-98页

作者：苏亚欣汪文辉赵丹杨艳超东华大学环境科学与工程学院上海201620

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了数值研究。燃烧室尺寸为800 mm×800 mm×1 400 mm,燃烧器烧嘴由燃气和高温预热空气多股射流组成,其中燃料射流喷口为圆形,直径为10 mm,位于中心。... 详细信息

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个单烧嘴燃烧室内的高温空气燃烧特性进行了数值研究。燃烧室尺寸为800 mm×800 mm×1 400 mm,燃烧器烧嘴由燃气和高温预热空气多股射流组成,其中燃料射流喷口为圆形,直径为10 mm,位于中心。空气射流喷口为5个等面积的圆形,置于燃气射流喷口周围。湍流输运方程采用标准k-ε双方程模型,气相燃烧模型采用β函数的PDF燃烧模型,辐射换热过程采用离散坐标法模拟,NOx模型为热力型NOx。对燃气射流和空气射流的进口参数对燃烧室内的燃烧特性的影响进行了模拟计算和分析。计算结果表明射流进口参数将影响和改变燃烧室内的烟气回流及其与燃料、空气的混合过程,从而影响局部温度、氧浓度的分布和决定燃烧状况、影响最终的NOx排放量。其中随着燃料射流和空气射流速度比和燃料射流倾角的增大,燃烧室内的烟气回流区域扩大,强化了燃料、空气和烟气的混合,使低氧区域扩大,燃烧室内最高温度和平均温度都降低,NOx生成量明显降低。研究结果对于工业炉的烧嘴设计有一定参考意义。

关键词：工业炉高温空气燃烧数值模拟

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利用辅助圆解线段最值问题(初三)

数理天地（初中版） 2019年第2期 13-15页

作者：汪文辉安徽省合肥市新东方合肥学校

常见的共圆模型1.等线段,共端点(原理为:圆的定义)如图1,PA=PB=PC,则点A,B,C共圆.2.直角三角形定斜边(原理为:直径所对圆周角为90°)如图2,若∠C=90°,AB为已知的定线段,则点A,B,C共圆.3.定角度对定线段(即同底同侧等角的三角形,各顶点... 详细信息

常见的共圆模型1.等线段,共端点(原理为:圆的定义)如图1,PA=PB=PC,则点A,B,C共圆.2.直角三角形定斜边(原理为:直径所对圆周角为90°)如图2,若∠C=90°,AB为已知的定线段,则点A,B,C共圆.3.定角度对定线段(即同底同侧等角的三角形,各顶点共圆.原理为:圆周角定理)如图3,若∠P=∠Q,AB为已知的定线段,则点A,B,P,Q共圆.

关键词：最值问题 BD 直角三角形

古曲新韵——京胡协奏曲【夜深沉】的演奏体会

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剧影月报 2014年第5期 98-100页

作者：汪文辉不详

《夜深沉》是著名作曲家吴华根据同名京胡曲牌整理改编而成的京胡协奏曲。传统京胡工于伴奏,在演奏思想和技巧上受到拘囿,在器乐独奏方面存在一定局限。随着音乐艺术的发展,京胡和京剧音乐正广泛应用到器乐作品中,京胡要在保留自身传统... 详细信息

《夜深沉》是著名作曲家吴华根据同名京胡曲牌整理改编而成的京胡协奏曲。传统京胡工于伴奏,在演奏思想和技巧上受到拘囿,在器乐独奏方面存在一定局限。随着音乐艺术的发展,京胡和京剧音乐正广泛应用到器乐作品中,京胡要在保留自身传统演奏特色的基础上进一步探索创新,丰富自身的表现力。本文以《夜深沉》的演奏体会为例,对京胡在器乐演奏上的方法进行分析,并以此对京胡在该领域的发展提出思考。

关键词：夜深沉京胡民乐团协奏曲管弦乐