高温空气燃烧过程流动、混合、燃烧、传热和no,x生成的数值模拟

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1、东北大学博士学位论文摘要高温空气燃烧过程流动混合燃烧传热和NO。生成的数值模拟摘要提高燃料的燃烧热效率，降低燃烧过程产生的污染物是当前能源与环境研究中的重要课题。高温空气低氧燃烧(简称高温空气燃烧，HiTAC)是一种高效节能并能显著降低污染物排放的新燃烧技术。开发有自主知识产权的高温空气燃烧新技术，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。高温空气燃烧过程包括三维湍流流动、混合、燃烧化学反应、耦合辐射传热和氮氧化物等燃烧污染物的湍流生成等多种物理和化学过程，它们同时发生而又相互作用，使采用经验知识和实验数据

2、研究难以满足要求。燃烧的数值模拟以计算流体力学(CFD)、数值传热学(NHT)、计算燃烧学(CCD)等学科的交叉为核，tl,，结合经验、半经验关系式，针对高温空气燃烧过程进行数值模拟。本文应用燃烧的基础理论和数学模型，对高温空气燃烧过程进行了理论分析和数学建摸。针对以燃料直接喷射(FDI)为代表的高温空气燃烧技术关键，以FORTRAN语言为编程工具，用自行编制的计算程序，分别对高温空气燃烧过程的三维湍流流动、湍流混合、湍流燃烧、耦合辐射传热过程和氮氧化物污染物NO。的湍流生成进行了数值模拟，模拟计算结果与

3、相似实验条件下的实验结果基本符合，变化规律一致。用自行编制的高温空气燃烧三维湍流流场计算程序，对多种操作条件和几何条件下高温空气燃烧湍流流动的三维速度场和流动特性进行了数值模拟和分析。结果表明，当燃气／空气的射流速度比约为i、燃气喷射位于中央空气喷嘴和壁面的中间位置、燃气逆向喷射、沿周向均匀布置较多的燃气喷嘴时，高温空气燃烧的湍流流动产生穿透型流场结构，有利于流场的合理组织和低氧条件的有效利用。回流区的形成能够实现燃烧产物的循环而产生低氧条件并被燃气射流有效利用。用自行编制的高温空气燃烧过程三维湍流燃烧场

4、计算程序，对高温空气燃烧的湍流混合过程及其脉动的影响、湍流燃烧过程的燃烧场进行了数值模拟。模拟结果表明，当其它条件不变时，提高高温空气的预热温度，高温空气燃烧的混合及其脉动、反应物浓度的三维空间分布范围内明显增大。火焰容积和长度相应增大。燃烧II—东北大学博士学位论文摘要产物如C02的分布范围较大、浓度较低说明燃烧产物在回流循环过程中起到了稀释助燃空气中氧浓度的作用；与此同时，自身的生成浓度降低。温度梯度减小，温度场具有更均匀的分布特性，热能利用更趋合理。高温空气预热是实现高温空气燃烧重要条件之一。用辐射

5、传热的离散坐标(DOM)模拟计算方法，与能量方程耦合求解，编制了高温空气燃烧三维耦合辐射传热过程的数值计算程序。用该计算程序对高温空气燃烧过程的三维温度分布进行了数值模拟。结果表明：当高温空气预热温度提高时，火焰区的温度分布值增大、温度梯度减小，火焰容积和长度增加，热能利用更为有效。高温空气燃烧的火焰容积和长度变化受空气过量系数变化(1～1．2)的影响不明显，可以通过调节高温空气的预热温度进行控制。在相似的实验条件下，数值预报的结果和规律与实验结果相符合；当改变计算条件时，计算结果均得到了符合规律的响应。

6、用自行编制的高温空气燃烧过程氨氧化物污染物NO。的湍流生成计算程序，数值模拟了高温空气燃烧过程热力NO的生成和排放规律。结果表明：高温空气燃烧过程的热力NO排放浓度约为非高温空气燃烧的1／10。对高温空气的预热温度变化影响热力NO的生成规律进行了数值模拟，结果表明，随着空气预热温度从800℃增大到1000。C，热力型NO的排放浓度在20～40ppm范围内略有增大。以上这些结果与相似实验条件下的实验统计结果基本相符合。关键词高温空气燃烧数值模拟湍流流动湍流混合湍流燃烧辐射传热速度场浓度场燃烧场温度场氮氧化物

7、生成东北大学博士学位论文ABSTRACTNumericalSimulationsofFlow,Mixing，Combustion，HeatTransferandNoxFormationinHighTemperatureAirCombustionProcessAbstractToincreasethermalenergyutilizationefficiencyandtodecreasecombustionpollutantformationaretheimportantresearchtasksintll

8、ecurrentenergyandenvironmentsituations．Hi曲TemperatureAirCombustion(HiTAC)isanewcombustiontechnologyofmoreefficientenergysavingandlowerpollutantrelease．DevelopingHiTACtechnologywithindependentknow-howpropertyrightiso