產(chǎn)品詳情
木粉燃燒機(jī)冷態(tài)流動特性的實(shí)驗(yàn)研究
摘要：利用IFA300型二維恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀系統(tǒng)對雙旋流氣體燃燒器模型的冷態(tài)流場進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測量了流場內(nèi)不同位置瞬時(shí)速度分布及湍流強(qiáng)度特性。研究表明，該燃燒器能夠組織合理的空氣動力場，對負(fù)荷變化有較好的適應(yīng)性。對比不同擴(kuò)口結(jié)構(gòu)下的流場，發(fā)現(xiàn)安裝一定結(jié)構(gòu)的縮放擴(kuò)口可以更好地促進(jìn)燃料穩(wěn)定、高效、清潔燃燒。異向旋轉(zhuǎn)射流不利于燃料與空氣的均勻混合，還會使回流區(qū)長度大大縮短，在設(shè)計(jì)燃燒器時(shí)應(yīng)避免這種結(jié)構(gòu)。
1 引 言
旋流燃燒器具有穩(wěn)定、高效、清潔燃燒的特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的負(fù)荷適應(yīng)能力，因此從20世紀(jì)70年代起受到了越來越多的制造商及發(fā)電企業(yè)的重視和青睞[1]，
國內(nèi)外很多學(xué)者利用多種測量儀器和實(shí)驗(yàn)方法對各種類型旋流燃燒器的空氣動力場進(jìn)行了大量的研究：Dix on等人利用五孔探針研究了一次風(fēng)不同旋流強(qiáng)度下旋轉(zhuǎn)射流的流動特性舊。Vu等人利用球型五孔探針和一維恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀測量了同軸共向和反向旋轉(zhuǎn)組合射流的時(shí)均流場及湍流特性參數(shù)舊，發(fā)現(xiàn)了這兩種流動結(jié)構(gòu)湍流能量的分布規(guī)律。李爭起利用相位多普勒激光測速儀(PDA)在徑向濃淡流煤粉燃燒器上研究了齒形中心擴(kuò)口對氣固兩相流場的影響H，得出了此結(jié)構(gòu)下顆粒濃度的分布規(guī)律。周屈蘭利用雙通道熱線風(fēng)速儀對兩種徑向濃淡燃燒器的空氣動力場特性和燃燒過程進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究，并建立了分別與之對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。
氣體旋流燃燒器分為中心進(jìn)氣和周向進(jìn)氣兩種，其燃料一般為單一煤氣。隨著旋流燃燒技術(shù)的進(jìn)步，氣體旋流燃燒器正沿著適合多種可燃性氣體混合燃燒的方向發(fā)展。為了研究新型氣體旋流燃燒器的氣流流動特性，建立了雙旋流氣體旋流燃燒器的實(shí)驗(yàn)臺。本文采用二維熱線風(fēng)速儀對其冷態(tài)流場進(jìn)行了測量，得出了在燃燒器出曰安裝不同擴(kuò)口時(shí)空氣動力場的分布規(guī)律，并考察了安裝縮放擴(kuò)口時(shí)燃燒器對負(fù)荷的適應(yīng)能力，以期進(jìn)一步了解安裝縮放擴(kuò)口時(shí)燃燒器的穩(wěn)燃特性，為多組分氣體燃燒器的設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)資料。
2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法
2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測量儀器
實(shí)驗(yàn)所采用的木粉燃燒機(jī)模型與實(shí)物的比例為1:2.5，噴口外徑為d一364 rruu，軸向旋流葉片傾斜角為600，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該燃燒器以焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣的混合氣作為主燃料，結(jié)合多管式天然氣燃燒器的原理，將天然氣作為二級燃料獨(dú)立燃燒。其中焦?fàn)t、高爐混合煤氣通過軸向旋流葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，空氣通過蝸殼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。采用美國TSI公司生產(chǎn)的JFA 300型恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀對燃燒器出口流場內(nèi)的氣流速度及湍流特征參量進(jìn)行測量，通過飄帶示蹤法確定空間氣流的方向，利用1240型二維探針同時(shí)測量旋轉(zhuǎn)射流的軸向和切向速度分量，并由其配套軟件計(jì)算出湍流強(qiáng)度。
2.2實(shí)驗(yàn)方法及參數(shù)
冷態(tài)實(shí)驗(yàn)中各入口處的氣體均以空氣代替，額定負(fù)荷下各實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示，經(jīng)計(jì)算各參數(shù)滿足相似?；脑瓌t[61，因此所得結(jié)論適用于實(shí)際流場。在燃燒器出口處安裝縮放擴(kuò)口，通過調(diào)節(jié)各個(gè)入口的風(fēng)量研究不同負(fù)荷(80%、100%、120%)T燃燒器出口的流場特征，并在額定負(fù)荷條件下，研究不擴(kuò)口結(jié)構(gòu)（縮放擴(kuò)口、無擴(kuò)口、漸縮擴(kuò)口）及軸向旋流葉片傾斜方向?qū)α鲌龅挠绊憽?br /> 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1 負(fù)荷的影響
額定負(fù)荷下燃燒器出口速度分布如圖2所示。隨著負(fù)荷的增加，軸向和切向速度的大小均會相應(yīng)增加，但其分布規(guī)律卻基本相同。在一定的負(fù)荷變化范圍內(nèi)，燃燒器出口流場的回流區(qū)形狀幾乎不發(fā)生變化，始終保持合理的細(xì)長形狀，使得足夠的高溫?zé)煔饣亓?，為?nèi)層燃料氣流的著火提供穩(wěn)定的熱源。軸向速度衰減較慢，形成較長的火焰長度，有利于燃燒后期的擾動和混合，使燃料燃盡。切向速度有一定的張角，使空氣環(huán)繞在火焰周圍，形成氧化性氣氛，能夠有效地防止水冷壁的高溫腐蝕。在上述負(fù)荷范圍內(nèi)均能合理地組織爐內(nèi)空氣動力場，這表明雙旎流氣體燃燒器對負(fù)荷有著較好的適應(yīng)性。
不同負(fù)荷下流場湍流強(qiáng)度的分布如圖3所示。隨著負(fù)荷的增加，湍流強(qiáng)度也相應(yīng)增加，各股氣流之間的混合能力也相應(yīng)增強(qiáng)。在回流區(qū)頂部(Y≈1.7)，湍流強(qiáng)度有不同程度的突降，且負(fù)荷越低，突降程度越高，這說明負(fù)荷降低，在回流區(qū)邊界場分布趨于穩(wěn)定，不利于各股氣流之間的混合。在離噴口較遠(yuǎn)處。當(dāng)負(fù)荷高于額定負(fù)荷日寸，其湍流強(qiáng)度有明顯升高，因此適當(dāng)增加負(fù)荷有利于燃料后期的燃盡。
3.2擴(kuò)口結(jié)構(gòu)的影響
額定負(fù)荷時(shí)，將燃燒器出口處的縮放擴(kuò)口去掉及安裟漸縮擴(kuò)口時(shí)所得流場分別如圖4和圖5所示。對比圖2、圖4和圖5，去掉縮放擴(kuò)口后射流軸向速度增大，但衰減很快，安裝漸縮擴(kuò)口時(shí)，射流軸向速度比無擴(kuò)口時(shí)要小，衰減也更快，但生物質(zhì)燃燒機(jī)出口的切向速度普遍較大，切向速度值幾乎是前兩種結(jié)構(gòu)的兩倍，而且衰減也較慢。只是具有較高切向速度的區(qū)域較為狹窄，基本上局限在X≈0.3范圍內(nèi)的環(huán)形帶上。
去掉擴(kuò)口后，回流區(qū)長度只有y≈1.1左右，而安裝漸縮擴(kuò)口時(shí)，回流區(qū)長度降為y銣．4。通過計(jì)算各截面上的回流率可以發(fā)現(xiàn)相同負(fù)荷下，安裝縮放擴(kuò)口的截面回流率，而且衰減速率最慢，有利于卷吸更多的高溫介質(zhì)，組織穩(wěn)定的火焰燃燒。
額定負(fù)荷下，不同擴(kuò)口結(jié)構(gòu)對湍流強(qiáng)度的影響如圖7所示。去掉擴(kuò)口后，湍流強(qiáng)度在出口處就達(dá)到值，且湍流強(qiáng)度高于安裝縮放擴(kuò)口的情況但在其回流區(qū)內(nèi)，衰減極為劇烈。安裝漸縮擴(kuò)口后，在物質(zhì)燃燒機(jī)出口附近其湍流強(qiáng)度整體較低，而在距出口較遠(yuǎn)處（Y>2.5），其整體水平甚至高于安裝縮放擴(kuò)口的情況。主要是由于在出口附近，其切向速度較大，雖然也有衰/J但遠(yuǎn)離出口后，切向速度仍具有相對軸向速度較高的數(shù)值，使得湍流強(qiáng)度較大，有利氣流之間的混合和燃料的燃盡。值得注意的是安裝漸縮擴(kuò)口后，生物質(zhì)燃燒機(jī)出口流場湍流強(qiáng)度的值并非出現(xiàn)在回流區(qū)內(nèi)，而是在氣體遠(yuǎn)離回流區(qū)后才突然增大到值。這主要是因?yàn)榛亓鲄^(qū)很小，且回流速度值也很低的緣故。
3.3異向旋轉(zhuǎn)射流的影響
在額定負(fù)荷下，將軸向旋流葉片反向安裝后，得到生物質(zhì)燃燒機(jī)出口速度分布如圖8所示。對比圖2和圖8可以發(fā)現(xiàn)，異向旋轉(zhuǎn)使回流區(qū)長度大大縮短(Y≈0.5)，并且沿徑向切向速度的方向變化了兩次，說明異向旋轉(zhuǎn)的氣流混合程度較差，抑制了兩股氣流之間的擴(kuò)散和混合。
兩種旋轉(zhuǎn)組合方式下湍流強(qiáng)度的分布如圖9所示。同向旋轉(zhuǎn)的湍流強(qiáng)度在回流區(qū)內(nèi)普遍高于異向旋轉(zhuǎn)的情況，而在非回流區(qū)內(nèi)，湍流強(qiáng)度大小情況恰好相反。究其原因主要是異向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩股氣流主要在生物質(zhì)燃燒機(jī)出口附近混合程度較差，遠(yuǎn)離生物質(zhì)燃燒機(jī)出口后才進(jìn)行充分地混合，因此湍流程度衰減較慢，在非回流區(qū)內(nèi)還高于同向旋轉(zhuǎn)的情況。
4結(jié) 論
在一定范圍內(nèi)，負(fù)荷的變化對雙旋流氣體生物質(zhì)燃燒機(jī)出口流場的影響不大，該生物質(zhì)燃燒機(jī)對負(fù)荷變化。
摘要：利用IFA300型二維恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀系統(tǒng)對雙旋流氣體燃燒器模型的冷態(tài)流場進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測量了流場內(nèi)不同位置瞬時(shí)速度分布及湍流強(qiáng)度特性。研究表明，該燃燒器能夠組織合理的空氣動力場，對負(fù)荷變化有較好的適應(yīng)性。對比不同擴(kuò)口結(jié)構(gòu)下的流場，發(fā)現(xiàn)安裝一定結(jié)構(gòu)的縮放擴(kuò)口可以更好地促進(jìn)燃料穩(wěn)定、高效、清潔燃燒。異向旋轉(zhuǎn)射流不利于燃料與空氣的均勻混合，還會使回流區(qū)長度大大縮短，在設(shè)計(jì)燃燒器時(shí)應(yīng)避免這種結(jié)構(gòu)。
1 引 言
旋流燃燒器具有穩(wěn)定、高效、清潔燃燒的特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的負(fù)荷適應(yīng)能力，因此從20世紀(jì)70年代起受到了越來越多的制造商及發(fā)電企業(yè)的重視和青睞[1]，
國內(nèi)外很多學(xué)者利用多種測量儀器和實(shí)驗(yàn)方法對各種類型旋流燃燒器的空氣動力場進(jìn)行了大量的研究：Dix on等人利用五孔探針研究了一次風(fēng)不同旋流強(qiáng)度下旋轉(zhuǎn)射流的流動特性舊。Vu等人利用球型五孔探針和一維恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀測量了同軸共向和反向旋轉(zhuǎn)組合射流的時(shí)均流場及湍流特性參數(shù)舊，發(fā)現(xiàn)了這兩種流動結(jié)構(gòu)湍流能量的分布規(guī)律。李爭起利用相位多普勒激光測速儀(PDA)在徑向濃淡流煤粉燃燒器上研究了齒形中心擴(kuò)口對氣固兩相流場的影響H，得出了此結(jié)構(gòu)下顆粒濃度的分布規(guī)律。周屈蘭利用雙通道熱線風(fēng)速儀對兩種徑向濃淡燃燒器的空氣動力場特性和燃燒過程進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究，并建立了分別與之對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。
氣體旋流燃燒器分為中心進(jìn)氣和周向進(jìn)氣兩種，其燃料一般為單一煤氣。隨著旋流燃燒技術(shù)的進(jìn)步，氣體旋流燃燒器正沿著適合多種可燃性氣體混合燃燒的方向發(fā)展。為了研究新型氣體旋流燃燒器的氣流流動特性，建立了雙旋流氣體旋流燃燒器的實(shí)驗(yàn)臺。本文采用二維熱線風(fēng)速儀對其冷態(tài)流場進(jìn)行了測量，得出了在燃燒器出曰安裝不同擴(kuò)口時(shí)空氣動力場的分布規(guī)律，并考察了安裝縮放擴(kuò)口時(shí)燃燒器對負(fù)荷的適應(yīng)能力，以期進(jìn)一步了解安裝縮放擴(kuò)口時(shí)燃燒器的穩(wěn)燃特性，為多組分氣體燃燒器的設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)資料。
2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法
2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測量儀器
實(shí)驗(yàn)所采用的木粉燃燒機(jī)模型與實(shí)物的比例為1:2.5，噴口外徑為d一364 rruu，軸向旋流葉片傾斜角為600，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該燃燒器以焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣的混合氣作為主燃料，結(jié)合多管式天然氣燃燒器的原理，將天然氣作為二級燃料獨(dú)立燃燒。其中焦?fàn)t、高爐混合煤氣通過軸向旋流葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，空氣通過蝸殼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。采用美國TSI公司生產(chǎn)的JFA 300型恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀對燃燒器出口流場內(nèi)的氣流速度及湍流特征參量進(jìn)行測量，通過飄帶示蹤法確定空間氣流的方向，利用1240型二維探針同時(shí)測量旋轉(zhuǎn)射流的軸向和切向速度分量，并由其配套軟件計(jì)算出湍流強(qiáng)度。
2.2實(shí)驗(yàn)方法及參數(shù)
冷態(tài)實(shí)驗(yàn)中各入口處的氣體均以空氣代替，額定負(fù)荷下各實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示，經(jīng)計(jì)算各參數(shù)滿足相似?；脑瓌t[61，因此所得結(jié)論適用于實(shí)際流場。在燃燒器出口處安裝縮放擴(kuò)口，通過調(diào)節(jié)各個(gè)入口的風(fēng)量研究不同負(fù)荷(80%、100%、120%)T燃燒器出口的流場特征，并在額定負(fù)荷條件下，研究不擴(kuò)口結(jié)構(gòu)（縮放擴(kuò)口、無擴(kuò)口、漸縮擴(kuò)口）及軸向旋流葉片傾斜方向?qū)α鲌龅挠绊憽?br /> 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1 負(fù)荷的影響
額定負(fù)荷下燃燒器出口速度分布如圖2所示。隨著負(fù)荷的增加，軸向和切向速度的大小均會相應(yīng)增加，但其分布規(guī)律卻基本相同。在一定的負(fù)荷變化范圍內(nèi)，燃燒器出口流場的回流區(qū)形狀幾乎不發(fā)生變化，始終保持合理的細(xì)長形狀，使得足夠的高溫?zé)煔饣亓?，為?nèi)層燃料氣流的著火提供穩(wěn)定的熱源。軸向速度衰減較慢，形成較長的火焰長度，有利于燃燒后期的擾動和混合，使燃料燃盡。切向速度有一定的張角，使空氣環(huán)繞在火焰周圍，形成氧化性氣氛，能夠有效地防止水冷壁的高溫腐蝕。在上述負(fù)荷范圍內(nèi)均能合理地組織爐內(nèi)空氣動力場，這表明雙旎流氣體燃燒器對負(fù)荷有著較好的適應(yīng)性。
不同負(fù)荷下流場湍流強(qiáng)度的分布如圖3所示。隨著負(fù)荷的增加，湍流強(qiáng)度也相應(yīng)增加，各股氣流之間的混合能力也相應(yīng)增強(qiáng)。在回流區(qū)頂部(Y≈1.7)，湍流強(qiáng)度有不同程度的突降，且負(fù)荷越低，突降程度越高，這說明負(fù)荷降低，在回流區(qū)邊界場分布趨于穩(wěn)定，不利于各股氣流之間的混合。在離噴口較遠(yuǎn)處。當(dāng)負(fù)荷高于額定負(fù)荷日寸，其湍流強(qiáng)度有明顯升高，因此適當(dāng)增加負(fù)荷有利于燃料后期的燃盡。
3.2擴(kuò)口結(jié)構(gòu)的影響
額定負(fù)荷時(shí)，將燃燒器出口處的縮放擴(kuò)口去掉及安裟漸縮擴(kuò)口時(shí)所得流場分別如圖4和圖5所示。對比圖2、圖4和圖5，去掉縮放擴(kuò)口后射流軸向速度增大，但衰減很快，安裝漸縮擴(kuò)口時(shí)，射流軸向速度比無擴(kuò)口時(shí)要小，衰減也更快，但生物質(zhì)燃燒機(jī)出口的切向速度普遍較大，切向速度值幾乎是前兩種結(jié)構(gòu)的兩倍，而且衰減也較慢。只是具有較高切向速度的區(qū)域較為狹窄，基本上局限在X≈0.3范圍內(nèi)的環(huán)形帶上。
去掉擴(kuò)口后，回流區(qū)長度只有y≈1.1左右，而安裝漸縮擴(kuò)口時(shí)，回流區(qū)長度降為y銣．4。通過計(jì)算各截面上的回流率可以發(fā)現(xiàn)相同負(fù)荷下，安裝縮放擴(kuò)口的截面回流率，而且衰減速率最慢，有利于卷吸更多的高溫介質(zhì)，組織穩(wěn)定的火焰燃燒。
額定負(fù)荷下，不同擴(kuò)口結(jié)構(gòu)對湍流強(qiáng)度的影響如圖7所示。去掉擴(kuò)口后，湍流強(qiáng)度在出口處就達(dá)到值，且湍流強(qiáng)度高于安裝縮放擴(kuò)口的情況但在其回流區(qū)內(nèi)，衰減極為劇烈。安裝漸縮擴(kuò)口后，在物質(zhì)燃燒機(jī)出口附近其湍流強(qiáng)度整體較低，而在距出口較遠(yuǎn)處（Y>2.5），其整體水平甚至高于安裝縮放擴(kuò)口的情況。主要是由于在出口附近，其切向速度較大，雖然也有衰/J但遠(yuǎn)離出口后，切向速度仍具有相對軸向速度較高的數(shù)值，使得湍流強(qiáng)度較大，有利氣流之間的混合和燃料的燃盡。值得注意的是安裝漸縮擴(kuò)口后，生物質(zhì)燃燒機(jī)出口流場湍流強(qiáng)度的值并非出現(xiàn)在回流區(qū)內(nèi)，而是在氣體遠(yuǎn)離回流區(qū)后才突然增大到值。這主要是因?yàn)榛亓鲄^(qū)很小，且回流速度值也很低的緣故。
3.3異向旋轉(zhuǎn)射流的影響
在額定負(fù)荷下，將軸向旋流葉片反向安裝后，得到生物質(zhì)燃燒機(jī)出口速度分布如圖8所示。對比圖2和圖8可以發(fā)現(xiàn)，異向旋轉(zhuǎn)使回流區(qū)長度大大縮短(Y≈0.5)，并且沿徑向切向速度的方向變化了兩次，說明異向旋轉(zhuǎn)的氣流混合程度較差，抑制了兩股氣流之間的擴(kuò)散和混合。
兩種旋轉(zhuǎn)組合方式下湍流強(qiáng)度的分布如圖9所示。同向旋轉(zhuǎn)的湍流強(qiáng)度在回流區(qū)內(nèi)普遍高于異向旋轉(zhuǎn)的情況，而在非回流區(qū)內(nèi)，湍流強(qiáng)度大小情況恰好相反。究其原因主要是異向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩股氣流主要在生物質(zhì)燃燒機(jī)出口附近混合程度較差，遠(yuǎn)離生物質(zhì)燃燒機(jī)出口后才進(jìn)行充分地混合，因此湍流程度衰減較慢，在非回流區(qū)內(nèi)還高于同向旋轉(zhuǎn)的情況。
4結(jié) 論
在一定范圍內(nèi)，負(fù)荷的變化對雙旋流氣體生物質(zhì)燃燒機(jī)出口流場的影響不大，該生物質(zhì)燃燒機(jī)對負(fù)荷變化。
