部分预混燃烧过程的模拟研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文部分预混燃烧过程的模拟研究论文作者：侯婕学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：热能工程指导教师：刘联胜职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金资助项目（51276055），河北省应用基础研究重点项目（14964308D）。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofThermalEngineeringSIMULATIONSTUDIESONTHEPROCESSOFPARTIALLYPREMIXEDCOMBUSTIO

2、NbyHouJieSupervisor:Prof.LiuLianshengDecember2016ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(GrantNO.51276055),andthekeyprojectofAppliedBasicResearchProgramesinHebeiProvince(GrantNO.14964308D).原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集

3、体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位

4、论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要“煤改气”政策实施以来，天然气燃烧成为了氮氧化物的主要来源，因此，燃气低NOx燃烧技术具有重要的实现意义。本课题组通过实验研究发现基于物理过程调控的稀氧部分预混/富氧补燃（简称ODPP/OESC）通过调控燃料/氧化剂的空间浓度分布，在均衡化学反应速率的同时，可有效降低NOX的生成量。为了进一步探究该燃方式的内部流场以及加深理解其燃烧过程和NOX生成机理，本文作者以实验为基础，将甲烷燃烧详细化学反应机理GRI-Mech3.0运用到FLUENT火焰面模型中，对部分预混一维对冲火焰及三维旋流火焰进行了模拟研究。通过模拟ODPP/O

5、ESC对冲火焰发现，在低部分预混当量比下，部分预混气喷嘴出口两侧形成的回流区是引起对冲火焰中心凸起的主要原因；而增大部分预混当量比，两侧的回流区消失，对冲火焰中心凸起随之消失，火焰趋于平直。在一维对冲火焰的基础上，对部分预混旋流火焰进行了深入的研究。模拟的部分预混旋流火焰结构与实验相同；进而在对其燃烧流场结构研究过程中发现，降低部分预混气氧浓度，角回流区缩小，中心回流区扩大，两区之间的内外剪切边界层速度梯度增大；并在动力燃烧区和中心回流区形成两个高温区。最后研究工作参数的改变对部分预混旋流燃烧过程和NOX生成机理的影响。空气部分预混（简称PPC）的动力火焰温度高于

6、ODPP/OESC；稀氧浓度的降低，导致动力火焰温度明显下降，而扩散火焰温度保持不变，从而说明ODPP/OESC可均衡动力燃烧区和扩散燃烧区的化学反应速率。部分预混旋流燃烧，动力燃烧区生成的NO主要是热力型NO，而在扩散燃烧区快速型NO增多，所占比例增大。ODPP/OESC通过降低稀氧浓度来降低火焰温度，从而抑制了动力燃烧区热力型NO的生成；与此同时，扩散燃烧区富氧浓度提高，氮气浓度降低，快速型NO减少；烟囱出口处NO的排放浓度相比PPC可大幅降低。增大部分预混当量比，动力燃烧区和扩散燃烧区的温度下降，NO排放浓度呈现降低的变化趋势。提高旋流强度，动力燃烧区和扩散

7、燃烧区的温度分布更均匀，局部高温区减小，可有效抑制动力燃烧区热力型NO的生成；其扩散燃烧区的NO生成机理随旋流强度的提高而发生变化，热力型NO略有增大，快速型NO略有降低。关键字：对冲火焰旋流火焰稀氧部分预混/富氧补燃（ODPP/OESC）燃烧流场氮氧化物IABSTRACTSincetheimplementationofthe"coaltogas"policy,naturalgascombustionhasbecomethemainsourceofnitrogenoxides,therefore,low-NOXcombustiontechnologyhasimpo

8、rtant