燃气工业炉内旋流燃烧和no

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1、燃气工业炉内旋流燃烧和NO1绪论1.1课题的提出与背景如今，能源问题和环境问题已成为人类生存和社会发展关注的焦点，一方面人类对能源的过度开发和浪费导致能源面临枯竭的危机；另一方面，工业生产和人民生活对能源越来越大的需求和不科学的能源利用产生了大量的有害气体，严重污染了环境。我国总量上是一个资源很丰富的国家，但由于人口基数大和经济急速发展，对燃气能源的需求逐年增加，且我国的能源利用效率远低于西方发达国家，能源的短缺和浪费形势非常严重。这种情况下，我们必须寻求能源高效利用的途径和技术方法来改善能源的利用效率，以有效的提高加热产品的质量和产量。

2、旋流燃烧以其提高火焰稳定性和增加燃烧强度的优势，为燃气的高效利用提供了有效地方法，而且随着燃气在工业部门越来越广泛的使用，其优越性和价值表现更加明显。大气环境中氮氧化物NOx的存在，其大部分来自于燃料的燃烧。NOx具有刺激性、腐蚀性，能伤害人的眼睛并导致呼吸系统的疾病，大气中的氮氧化物对农业和林业的损害也相当大，引起农作物和深林树木枯黄，农作物产量降低，品质变差，同时NOx可形成酸雨，并引起温室效应，从而造成全球气候异常，是极其具有危害性的工业生产废气。针对NOx排放问题，在旋流技术上采用合理的燃空比可以明显减少NOx的生成；利用旋流燃烧

3、技术可以增加燃气和空气的混合均匀性，促进燃烧反应，防止火焰局部高温，同时在旋流作用下，可产生回流区，起到降低燃烧区温度和氧气浓度的效果，从而可以有效的减少NOx的产生。鉴于以上分析，综合研究旋流工业炉燃烧的技术特性，提出优化的燃烧工作参数配比，对节约能源、提高效率和减少氮氧化物的排放有着重要价值。1.1.2课题的意义随着燃气工业的发展，特别是天然气工业的发展，燃气已广泛应用于冶金、机械、化工、建材、轻工及食品等工业部门。在这些部门中，工业炉采用气体燃料比用固体及液体燃料有更多的优越性。气体燃料容易与空气混合并在炉内达到完全燃烧，热能利用率

4、高，炉内温度、压力及气氛易于实现自动化，有利于提高产品质量及数量，劳动条件好，燃料易于输送，对大气环境的污染相对较少。针对日益严重的能源短缺问题和环境保护问题，需要加强对高效率低污染排放的燃烧技术及装置的研究。旋转射流(旋流)在提高火焰稳定性和燃烧强度方面所起的作用及效果越来越引起人们的重视。工业炉内，当燃气从燃烧器中旋转喷出时，气流速度具有切向分量，离心力及其所产生的压力场能形成一个内部循环区，同时，火焰长度及体积也显著减少，大大增加了燃烧强度，另外，由于旋转射流的流场中存在回流区，可将热量和活性中心传给未燃混合气体，从而建立一个稳定的

5、点火源，可以保持火焰稳定燃烧。为了分析旋流在工业炉中燃烧的特性并对燃烧过程进行优化，需要深入了解工业炉内旋流燃烧过程中的速度场、温度场、浓度场分布及其湍流特性，在此基础上可以进一步深入探索研究旋流低污染燃烧技术的相关问题。随着计算机水平、计算流体和计算燃烧学的发展，以数值模拟为手段的研究方法在科学研究和实际的工业领域获得广泛认同和应用。Fluent是目前国际上流行的CFD软件，可以对流体，热传递，燃烧化学反应，辐射的工程问题进行计算，因具有丰富的物理模型，先进的数值方法以及强大的前后处理功能，能够为研究工业炉内的旋流燃烧应用起到有效地理论

6、分析和技术支持。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状数学模型的建立是数值模拟的基础，选择合适的数学模型对模拟的结果也起到了极其重要的作用，对于找出合适燃烧问题数值模拟的数学模型，很多学者都作了大量的工作并取得了可观的成绩。上世纪七八十年代，Spalding最先在计算机上得出了边界层燃烧问题的数值解，同时在前人对流体与燃烧的研究成果基础上，创立了湍流模型方法，并同时提出了一系列的适合湍流和湍流燃烧的数学模型，近些年各国家相继致力于燃烧过程数值计算的研究工作，在流动模型，燃烧模型，数值方法和计算机应用程序的等方面取得了一系列的成绩。Gr

7、oazI,KaplanY使用PDF模型对不同燃气配比的燃烧进行模拟来预测燃烧温度和NOx的排放[4]。A.Kheli,H.Naji,L.Loukarfi,G.Mompean[5]使用概率密度函数模型(PDF)与雷诺压力模型(ReynoldsStressModelRSM)相结合的方法对强旋流非预混天然气扩散火焰进行数值模拟，并且分析了烟气NOx的生成与排放问题。StevanNemoda,VukmanBakic等对比PDF模型下有限空间内预混旋流火焰的动态模拟和实验的结果，表明模拟结果与实验比较吻合，可以模拟数据用来预测预混旋流燃烧[6]。2

8、旋转射流和旋流燃烧2.1旋转射流及其特性人们在实际工作中为了增强射流的卷吸和掺混作用，便设法使流体在喷射时旋转起来，这样喷射出得流体就不仅具有纵向速度，而且在径向和切向也有分速度，形成了所谓的