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富氧燃烧过程炉膛烟气辐射特性与辐射传热的数值模拟

富氧燃烧过程炉膛烟气辐射特性与辐射传热的数值模拟

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作者：齐永刚华中科技大学

学位级别：硕士

热辐射在燃烧和传热工程中起着至关重要的作用,尤其在高温燃烧反应设备中热辐射可能主导整个系统的能量传递。因此高效精确的计算燃烧系统中的辐射热传递是一个关键环节。近年来,空气分离/再循环烟气技术得到大力发展,在富氧燃烧条件下... 详细信息

热辐射在燃烧和传热工程中起着至关重要的作用,尤其在高温燃烧反应设备中热辐射可能主导整个系统的能量传递。因此高效精确的计算燃烧系统中的辐射热传递是一个关键环节。近年来,空气分离/再循环烟气技术得到大力发展,在富氧燃烧条件下炉内烟气成分的浓度较之常规燃烧产生的变化对炉内烟气辐射传热的影响不可忽视。本文主要研究富氧燃烧条件下炉内烟气介质辐射特性的变化,试图得到高效精确的烟气介质辐射特性模型。气体辐射特性模型大致可分为三种类型:线线模型(LBL)、谱带模型(窄谱带和宽谱带)和总体模型。本文首先对各种气体辐射特性模型进行了归纳、总结和比较。重点介绍了全谱带k分布模型(FSK)的原理,比较了FSK模型在均匀介质和非均匀介质中的精度和计算量,介绍了FSK模型对混合气体的处理以及FSK模型与WSGG模型之间的关系。对几种经典的WSGG模型进行对比研究,比较了Leckner、Smith和Robert等人提出的WSGG模型在空气燃烧条件下和在富氧燃烧条件下的计算精度。其次,本文尝试对传统WSGG模型的参数进行修正,使其适用于富氧燃烧条件。在富氧燃烧条件下,以基于高分辨率数据库HITEMP的LBL模型和FSK模型为基准模型,计算一组温度、介质组分比和光程路径情况下的发射率,以发射率为比较对象,对WSGG模型的参数进行优化和修正。本文修正的WSGG模型计算的发射率与LBL模型和FSK模型吻合的比较好,相对于现有的WSGG修正模型,本文修正的WSGG模型在高温情况的精度有显著的提高。最后,运用本文修正的WSGG模型和Leckner、Smith和Robert等人的WSGG模型计算一维炉膛的辐射强度分布,二维炉膛的温度分布和吸收系数分布,经过对计算结果的比较可以看到,在富氧燃烧条件下,本文修正的WSGG模型计算结果更为合理

关键词：辐射传热 O2/CO2技术全谱带吸收系数分布模型灰气体加权模型

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O2/CO2燃烧条件下气体辐射特性参数计算及数值模拟

O2/CO2燃烧条件下气体辐射特性参数计算及数值模拟

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作者：李冬华中科技大学

学位级别：硕士

辐射传热是各种大型燃烧设备中的主要传热方式。炉膛内气体辐射介质的辐射能力随着本身浓度,温度以及压力行程的影响在气体光谱上发生复杂的变化,同时,随着近年来,空气分离/再循环烟气技术技术的发展,在富氧态下炉内烟气浓度,温度以及... 详细信息

辐射传热是各种大型燃烧设备中的主要传热方式。炉膛内气体辐射介质的辐射能力随着本身浓度,温度以及压力行程的影响在气体光谱上发生复杂的变化,同时,随着近年来,空气分离/再循环烟气技术技术的发展,在富氧态下炉内烟气浓度,温度以及压力行程较之常规燃烧产生的变化对炉内辐射传热的影响不可忽视。本文选取相应的符合实际应用条件的模型,进行富氧态下气体参数的计算,比较和评估其受各个参数影响的能力。并改进和选取模型计算实际炉膛内进行数值模拟,在燃烧场内比较富氧态气体辐射参数的变化对传热的影响和变化趋势: 首先,根据气体辐射特性提出的辐射模型进行比较和选取。经过比较,认为全谱带吸收系数分布法(FSK)较符合计算要求,因为燃烧室计算要求解的是整个光谱参数的积分量,并且其可以跟任何辐射传输方程的离散求解方法耦合,并且计算时间快,精度较好。然后,利用FSK法求解不同光学介质下所需要的参数,气体的总吸收系数和总发射率。对于气体的总吸收系数来,FSK方法较精确,根据吸收系数的变化曲线,得出CO2和H2O辐射能力在温度范围内变化的高低,主要集中在低温区。而由于分子线强度和谱带间距的影响富氧条件下气体对辐射的影响力主要体现在800-1200K以内。对于气体的总发射率来说,由不同压力行程以及温度的计算曲线可知,单质气体CO2受压力行程变化的影响较H2O小,由于混合气体谱带重叠的作用,总发射率受压力行程较温度变化影响更大。最后,探讨富氧条件下气体特性参数的变化对炉膛传热的变化。由气体温度场分布图可知,气体辐射对自身温度的影响主要集中在与煤质初反应之后与反应完全之前的某个区域。富氧的温度较常规燃烧温度高50K左右,在反应完全之后,颗粒物的对气体的辐射是影响其温度变化的主要因素。富氧燃烧对比常规燃烧,对壁面的辐射热量随着整体温度的降低而降低,壁面的净辐射热流量随着O2提高而升高。

关键词：辐射传热 O2/CO2技术全谱带吸收系数分布模型总吸收系数总发射率

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