產(chǎn)品詳情
水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣同兩相流的數(shù)值模擬
摘 ?要：為了揭示煤粉氣流在帶有彎管、方圓接頭、可調(diào)濃淡煤粉分離裝置及噴口前直管段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡及分離機(jī)理，將新型可調(diào)水平濃淡煤粉橢圓錐生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)噴口前彎管、方圓接頭、可調(diào)濃淡煤粉分離裝置及直管段作為整體，采用RNG K專模型和隨機(jī)軌道模型，通過顆粒與流體耦合的PISC算法，對(duì)管內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明彎管是一種經(jīng)濟(jì)而有效的煤粉分離裝置，可調(diào)濃淡煤粉分離裝置可調(diào)節(jié)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)向火側(cè)和背火側(cè)的煤粉濃度，為其進(jìn)一步完善和廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
? ? 水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)由于具有煤粉濃度可調(diào)和能夠滿足高效、穩(wěn)燃、防結(jié)渣及低NOx排放要求等優(yōu)點(diǎn)而日益受到重視和應(yīng)用，但目前對(duì)濃淡煤粉燃燒器內(nèi)氣固兩相流特性的研究一般都基于實(shí)驗(yàn)。雖然，近年來對(duì)氣固兩相流數(shù)值模擬的研究有了很大的發(fā)展，而許多模擬都局限于只有彎管或只有撞擊塊等情況，對(duì)既有彎管又有分離裝置的研究很少[111。本文將彎管、方圓接頭、分離裝置作為整體進(jìn)行研究采用RNG k-￡模型及隨軌道模型對(duì)水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析，為其進(jìn)一步完善和應(yīng)用提供了依據(jù)。
1數(shù)學(xué)模型
? ? 水平生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流動(dòng)是一種復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象。本文采用歐拉法和拉格朗日法進(jìn)相流動(dòng)和顆粒相流動(dòng)的研究，并采用PISC算法進(jìn)行二者的耦合。
1.1氣相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型
? ? 氣相流動(dòng)采用N-S方程進(jìn)行描述，考慮到所模擬的彎管及直流生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)為非旋轉(zhuǎn)射流，而且要求封閉紊流方程，采用RNG k-e方程模型H。在高雷諾數(shù)下，重振動(dòng)能理論的湍流動(dòng)能方程和耗散率邊界條件：在生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)進(jìn)口處給出本質(zhì)邊界條件，出口處給定白然邊界條件。在壁面附近存在較大的速度梯度，如果單靠增加網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，必然加大計(jì)算時(shí)間及計(jì)算機(jī)內(nèi)存，本文采用壁面函數(shù)來計(jì)算，即在個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)采用代數(shù)法處理后。
1.2顆粒相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型
2數(shù)值計(jì)算方法
? ? 數(shù)值計(jì)算方法采用有限容積法離散基本方程，氣相控制方程的計(jì)算采用Simple算法上迎風(fēng)差分格式，顆粒相采用拉格朗日法進(jìn)行計(jì)算并利用PISC算法進(jìn)行二者的耦合。由于模擬結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，采用四面體的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸接近30mm，網(wǎng)格數(shù)量約200000,計(jì)算精度達(dá)到101數(shù)量級(jí)，能夠滿足所需精度要求。模擬結(jié)構(gòu)如圖1所示，網(wǎng)格的劃分如圖1所示。
3 ?櫝擬結(jié)果及分析
3.1模擬結(jié)果
? ? 本文對(duì)10個(gè)不同工況（a，日取不同值）下的氣相流動(dòng)及不同粒徑的顆粒在生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)及生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)前直管段的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了模擬。圖3和圖4給出一組工況下的模擬結(jié)果。
3.2模擬結(jié)果分析
? ? (1)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣相速度分布與a、日都有關(guān)系，第1期荊有印，等：水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流的數(shù)值模擬 ? ?。67。且與a關(guān)系較大，當(dāng)a增大時(shí)，濃淡兩側(cè)的速度差增大。
? ? (2)擋板背風(fēng)側(cè)由繞流邊界層分離產(chǎn)生的回流區(qū)是造成濃淡兩側(cè)速度差急劇增大的重要原因，而且擋板的角度僅越大，擋板背風(fēng)側(cè)的回流區(qū)越大，調(diào)節(jié)擋板角度可改變回流區(qū)的大小。
? ? (3)擋板角度a與濃淡分離效果有密切的關(guān)系，a越大，則濃淡分離效果越好。
? ? (4)來流速度降低后，顆粒速度隨之降低，顆粒慣性減小，射流剛性減弱，分離率降低，反映在顆粒軌跡上，就是軌跡更直一些。
4結(jié)論
? ? 本文將彎管、方圓接頭、分離裝置作為整體進(jìn)行研究，采用RNG k-￡模型及隨軌道模型對(duì)水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。模擬結(jié)果表明彎管是一種經(jīng)濟(jì)而有效的煤粉分離裝置，可調(diào)濃淡煤粉分離裝置可調(diào)節(jié)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)向火側(cè)和背火側(cè)煤粉濃度．為研究及廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
摘 ?要：為了揭示煤粉氣流在帶有彎管、方圓接頭、可調(diào)濃淡煤粉分離裝置及噴口前直管段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡及分離機(jī)理，將新型可調(diào)水平濃淡煤粉橢圓錐生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)噴口前彎管、方圓接頭、可調(diào)濃淡煤粉分離裝置及直管段作為整體，采用RNG K專模型和隨機(jī)軌道模型，通過顆粒與流體耦合的PISC算法，對(duì)管內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明彎管是一種經(jīng)濟(jì)而有效的煤粉分離裝置，可調(diào)濃淡煤粉分離裝置可調(diào)節(jié)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)向火側(cè)和背火側(cè)的煤粉濃度，為其進(jìn)一步完善和廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
? ? 水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)由于具有煤粉濃度可調(diào)和能夠滿足高效、穩(wěn)燃、防結(jié)渣及低NOx排放要求等優(yōu)點(diǎn)而日益受到重視和應(yīng)用，但目前對(duì)濃淡煤粉燃燒器內(nèi)氣固兩相流特性的研究一般都基于實(shí)驗(yàn)。雖然，近年來對(duì)氣固兩相流數(shù)值模擬的研究有了很大的發(fā)展，而許多模擬都局限于只有彎管或只有撞擊塊等情況，對(duì)既有彎管又有分離裝置的研究很少[111。本文將彎管、方圓接頭、分離裝置作為整體進(jìn)行研究采用RNG k-￡模型及隨軌道模型對(duì)水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析，為其進(jìn)一步完善和應(yīng)用提供了依據(jù)。
1數(shù)學(xué)模型
? ? 水平生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流動(dòng)是一種復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象。本文采用歐拉法和拉格朗日法進(jìn)相流動(dòng)和顆粒相流動(dòng)的研究，并采用PISC算法進(jìn)行二者的耦合。
1.1氣相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型
? ? 氣相流動(dòng)采用N-S方程進(jìn)行描述，考慮到所模擬的彎管及直流生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)為非旋轉(zhuǎn)射流，而且要求封閉紊流方程，采用RNG k-e方程模型H。在高雷諾數(shù)下，重振動(dòng)能理論的湍流動(dòng)能方程和耗散率邊界條件：在生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)進(jìn)口處給出本質(zhì)邊界條件，出口處給定白然邊界條件。在壁面附近存在較大的速度梯度，如果單靠增加網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，必然加大計(jì)算時(shí)間及計(jì)算機(jī)內(nèi)存，本文采用壁面函數(shù)來計(jì)算，即在個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)采用代數(shù)法處理后。
1.2顆粒相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型
2數(shù)值計(jì)算方法
? ? 數(shù)值計(jì)算方法采用有限容積法離散基本方程，氣相控制方程的計(jì)算采用Simple算法上迎風(fēng)差分格式，顆粒相采用拉格朗日法進(jìn)行計(jì)算并利用PISC算法進(jìn)行二者的耦合。由于模擬結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，采用四面體的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸接近30mm，網(wǎng)格數(shù)量約200000,計(jì)算精度達(dá)到101數(shù)量級(jí)，能夠滿足所需精度要求。模擬結(jié)構(gòu)如圖1所示，網(wǎng)格的劃分如圖1所示。
3 ?櫝擬結(jié)果及分析
3.1模擬結(jié)果
? ? 本文對(duì)10個(gè)不同工況（a，日取不同值）下的氣相流動(dòng)及不同粒徑的顆粒在生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)及生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)前直管段的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了模擬。圖3和圖4給出一組工況下的模擬結(jié)果。
3.2模擬結(jié)果分析
? ? (1)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣相速度分布與a、日都有關(guān)系，第1期荊有印，等：水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流的數(shù)值模擬 ? ?。67。且與a關(guān)系較大，當(dāng)a增大時(shí)，濃淡兩側(cè)的速度差增大。
? ? (2)擋板背風(fēng)側(cè)由繞流邊界層分離產(chǎn)生的回流區(qū)是造成濃淡兩側(cè)速度差急劇增大的重要原因，而且擋板的角度僅越大，擋板背風(fēng)側(cè)的回流區(qū)越大，調(diào)節(jié)擋板角度可改變回流區(qū)的大小。
? ? (3)擋板角度a與濃淡分離效果有密切的關(guān)系，a越大，則濃淡分離效果越好。
? ? (4)來流速度降低后，顆粒速度隨之降低，顆粒慣性減小，射流剛性減弱，分離率降低，反映在顆粒軌跡上，就是軌跡更直一些。
4結(jié)論
? ? 本文將彎管、方圓接頭、分離裝置作為整體進(jìn)行研究，采用RNG k-￡模型及隨軌道模型對(duì)水平濃淡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。模擬結(jié)果表明彎管是一種經(jīng)濟(jì)而有效的煤粉分離裝置，可調(diào)濃淡煤粉分離裝置可調(diào)節(jié)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)向火側(cè)和背火側(cè)煤粉濃度．為研究及廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
