天然气旋流燃烧器富氧燃烧的数值模拟研究.pdf

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1、分类号TK224.1学号151020119密级全日制学术型硕士学位论文题目天然气旋流燃烧器富氧燃烧的数值模拟研究作者姓名李年祺导师姓名、职称樊玉光教授学科(专业)名称动力机械及工程提交论文日期2018年5月25日西安石油大学硕士学位论文II学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：____________日期：____________学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名：__________日期：______

3、____导师签名：__________日期：__________·注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出（含解密年限等）。I中文摘要论文题目：天然气旋流燃烧器富氧燃烧的数值模拟研究专业：动力机械及工程硕士生：李年祺(签名)导师：樊玉光(签名)摘要可持续发展是当今全球关注的焦点问题，能源结构改革是迫在眉睫的难题。富氧燃烧作为能够显著增效减排的新型燃烧技术，具备优良的应用前景。本课题结合富氧燃烧技术与绿色环保的天然气能源，运用旋流燃烧研究了旋流特征参数与富氧浓度对天然气旋流富氧燃烧的影响。为了适配富氧条件下高强度火焰燃烧，

4、本文针对1.5MW天然气加热炉，基于燃烧器设计标准与计算公式，设计了双旋流燃烧器。双旋流入风设计能够有效控制燃烧混合过程和火焰形态。通过AnsysFluent数值模拟计算软件，运用PDF模型对富氧燃烧过程进行计算，结合ISAT算法和GRI3.0数据库对NOx污染物排放量进行计算。通过改变直流风速（7m/s、8m/s、9m/s、10m/s）、一次风旋流强度（0.60、0.87、1.04）、二次风旋流强度（0.63、0.93、1.11）和氧气浓度（21%、23%、25%、27%），研究相应因素对燃烧流场及组分浓度场的影响。研究

5、发现，直流风与一次旋流风直接混合，若直流风速过大，会影响涡旋能量传递和剪切层形成，若直流风速过小，会抑制喷嘴气流射出和扩散；一次风主导中心回流区的产生和一次混合燃烧，其旋流强度决定了中心回流区的初始形态和扩展角度；二次风主导二次混合燃烧，并带入补充助燃气和流体动能。双级旋流风对火焰形态有较好的控制作用。氧气浓度的改变影响了一、二次燃烧的强度和贫、富燃烧区域，对NOx排放的影响较大。上述研究结果表明，所设计的双旋流燃烧器对燃烧、混合过程起到了控制作用，对富氧环境下燃烧具备优良适应性。同时分析获得了直流风速、一次旋流强度、二次

6、旋流强度、氧气浓度等操作参数对燃烧流场、温度场和污染物排放的影响规律。本文研究结果对全面了解富氧旋流燃烧特性及工业实践提供了理论参考。关键词：富氧燃烧；旋流燃烧器；回流区；燃烧数值模拟；旋流燃烧器设计论文类型：应用研究II英文摘要Subject：NumericalSimulationonthePerformanceofOxy-fuelCombustionofNaturalGasintheSwirlBurnerSpeciality：PowerMachineryandEngineeringName：LiNianqi(signa

7、ture)Instructor：FanYuguang(signature)ABSTRACTSustaineddevelopmentisthefocusofglobalattentiontoday,andenergystructuralreformationisthemostimminentproblem.Oxygen-enrichedcombustionhasexcellentapplicationprospects,asanewcombustiontechnologythatcansignificantlyincreas

8、ecombustionefficiencyandreduceemissionofexhaust.Thisstudycombinedwithoxygen-enrichedcombustiontechnologyandnaturalgasenergy,usingcomputationalfluiddynam