醇基燃料燃烧器的数值仿真与优化设计

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根据醇基燃料燃烧特点,以现有轻油燃烧技术为基础,进行清洁燃烧醇基燃料的燃烧器技术开发;(1)配制不同混合比例的醇基燃料并进行燃料的燃烧性能测试;(2)搭建试验台,对现有轻油燃烧器燃烧醇基燃料的效果进行测试;(3)用FLUENT软件,对燃烧器的燃烧特性进行仿真研究,并把仿真结果与实验测试结果进行对比,验证仿真方法的可行性;(4)以轻油燃烧器为基础,进行醇基燃料燃烧器的改造设计,引入轴向叶片旋流器,并设计了烟气回流装置;(5)对不同旋流角度、不同叶片个数、不同回流口宽度的结构参数进行仿真优化分析。具体内容如下:
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  采用有限元分析方法,利用FLUENT16.0软件仿真计算获得轻油燃烧器的速度场、温度场及组分浓度等分布规律。结果表明,在稳焰器前方未形成有效回流区,火焰燃烧不稳定;沿炉膛Z轴方向,温度先增加后减小;火焰中心存在高温区,易形成热力型NOX;沿炉膛Z轴线方向,CO浓度和NO浓度均先增大后减小;数值模拟仿真结果与实验测试结果基本吻合,验证了仿真结果的准确性。
  对燃烧器的结构进行优化改造设计,引入轴向旋流器和烟气回流装置,并分析不同旋流角度、不同旋流叶片个数及不同回流口宽度对醇基燃料燃烧器的燃烧性能影响。发现随着旋流角度的增加,火焰温度先降低后升高,炉膛内生成的CO浓度和NO浓度先减小后增大。当旋流角度为40°时,在保证一定火焰燃烧强度的同时,炉膛火焰分布均匀,生成的CO浓度和NO浓度最小。随着旋流叶片个数的增加,火焰温度升高,局部高温区面积、CO浓度和NO浓度均先减小后增大。当旋流叶片个数为12时,局部高温区面积最小,且生成的CO浓度和NO浓度最小。随着回流口宽度的增加,炉膛内的最高温度降低,火焰长度减小,炉膛内CO浓度先减小后增大,NO浓度减小。当回流开口为30mm时,炉膛内高温区范围明显减小,且炉膛内生成NO量比无回流时降低了70%左右。
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