多孔介质燃气热水炉的试验及模拟研究

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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多孔介质燃气热水炉的试验及模拟研究论文作者：沈家利学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：动力工程指导教师：王恩宇职称：教授资助基金项目：河北省教育厅重点基金项目（ZH2012049）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPowerEngineeringEXPERIMENTALRESEARCHANDNUMERICALSIMULATIONOFPOR

2、OUSMEDIAGAS-FIREDHOTWATERBOILERbyShenJialiSupervisor:Prof.WangEnyuDecember2016ThisworksupportedbytheKeyFoundationofHebeiProvinceDepartmentofEducationofChina.No.ZH2012049.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体已经发表的作品内容，也不

3、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：关于学位论文版权用户许可证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

4、学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要多孔介质燃烧具有燃烧强度大、燃烧效率高、污染物排放低等优点。相对于传统自由空间燃烧，惰性多孔介质燃烧可以实现浸没燃烧，形成稳定燃烧火焰。多孔介质具有良好的辐射和导热作用，而目前关于多孔介质燃烧换热方面的研究还处在理论研究阶段。本文设计了一台80.6kW的多孔介质燃气热水炉，通过试验和数值模拟相结合的方法，对燃气热水炉的工作性能进行了深入的研究。本文试验用气为天然气和空气，并在当量比为0.90的条件下组织预混燃烧。首先对定水量条件下

5、燃气热水炉的工作性能进行了试验研究。试验结果表明：在本文的试验工况条件下，多孔介质燃气热水炉燃烧室温度分布均匀，排烟温度较低，可以有效回收烟气中水蒸气的凝结潜热，以低位发热量计算的热效率最高可达106.8%，以高位发热量计算的热效率最高可达96.6%；燃烧室进出口压差最大为937Pa；随着燃烧强度的增大，CO排放量逐渐减小，而NO3x排放量逐渐升高，但最大值仅为44.6mg/Nm，远远低于GB13271-2014对重点地区规定的燃气锅炉氮氧化物排放限值150mg/Nm3。然后基于燃气热水炉在实际应用中需要

6、满足恒定出水温度的需求，本文对燃气热水炉分别提供60℃、70℃、80℃和90℃四种不同恒定温度热水时，不同燃烧强度下的燃烧换热特性和污染排放特性进行了研究。试验结果表明：燃烧室内的温度分布和热水炉热效率主要受燃烧强度的影响，而水流量的变化对二者的影响较小；燃烧室和尾部换热器两部分的传热系数均随燃烧强度的增大而增大，但前者受水流量变化的影响较小，后者受水流量变化的影响较为明显；CO和NOx排放主要受燃烧强度的影响，且燃烧强度越大，水流量的变化对二者的影响越小。基于FLUENT软件建立了多孔介质燃气热水炉燃烧

7、室部分的三维简化模型，对不同冷却边界系数的燃烧室结构进行了研究，分析了燃烧室内的温度分布、燃烧反应速率和污染物排放情况，研究结果表明，冷却边界系数为6.0的燃烧室结构的燃烧及污染物排放特性综合效果最好。关键词：多孔介质天然气预混燃烧热水炉燃烧强度CFDIABSTRACTPorousmediacombustionhastheadvantagesofhighcombustionintensity,highcombustionefficiencyandlowpollutantemission.Comparedw

8、ithtraditionalfreespacecombustion,thecombustionoftheporousinertmediacanrealizetheimmersioncombustionandformthesteadycombustionflame.Porousmediahasgoodradiationandheatconduction,buttheresearchonthecombustionheattrans