高温生物质气旋流燃烧特性的数值模拟研究

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1、硕士学位论文高温生物质气旋流燃烧特性的数值模拟研究NUMERICALSIMULATIONOFCOMBUSTIONCHARACTERISTICSOFHIGHTEMPERATUREBIOMASSCYCLONEFLOW孙琳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK16学校代码：10213国际图书分类号：62-6密级：公开工程硕士学位论文高温生物质气旋流燃烧特性的数值模拟研究硕士研究生：孙琳导师：董芃教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源与科学工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TK16U.D.C:62-6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFCOMBUSTIONCHARACTERISTICSOFHIGHTEMPERATUREBIOMASSCYCLONEFLOWCandidate：SunLinSupervisor：Prof.DongPengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Po

3、werEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要生物质气作为一种清洁的新型能源，既可以用于农村炊事，也可替代传统的化石燃料用于锅炉行业和工业行业。生物质气不仅可以减少化石燃料燃烧造成的全球温室效应和空气污染，而且还能成为人类生活和发展的动力需求。当今生物质气化技术的主

4、要问题是生物质燃气中的焦油含量较高。通过高温气化的方式可以有效地解决生物质气化过程的焦油问题。基于以上思路，本文提出了一种新型的燃烧高温生物质燃气的燃烧设备，即直接燃烧通过高温气化后得到的低热值的高温生物质燃气。该燃烧器的主要特点是：所用的生物质燃气是高温燃气，因为本文所燃用的生物质燃气是生物质通过高温气化得到，采用高温气化的原因是可以解决生物质气化过程中的结焦问题，并且将高温下的气化气直接通入燃烧器与常温空气混合燃烧，充分利用了气化后的热量；燃气为有压燃气，因生物质气化过程后的低热值生物质燃气的体积较大

5、，不利于运输，合理的加压利于燃气输送且节省输送管道的材料。通过AspenPlus软件模拟生物质高温气化过程从而得到高温生物质燃气，然后进行有关结构计算，确定旋流燃烧器的结构尺寸，借助Fluent软件对不同进风方式、不同扩流锥角度以及燃烧室长径比的燃烧器结构进行旋流燃烧器的流动特性模拟，结果表明，当扩流锥角度从70°逐渐增大到110°时，双旋流燃烧室内形成的中心回流区尺寸逐渐增大，但从90°增大到110°时，燃烧器的结构尺寸变化较小；当燃烧室的长径比从1.15增大到1.6时形成的中心回流区的尺寸线增大后减小

6、，当长径比为1.3时，燃烧室内形成的中心回流区尺寸最大。根据燃烧器的流动特性模拟结果，选择扩流锥角度为110°，燃烧室长径比为1.3的双旋流燃烧器进行高温生物质燃气的燃烧特性模拟，探究不同过量空气系数以及不同热负荷条件下燃烧室的温度以及NO排放的分布规律，结果表明：随着过量空气系数增大，燃烧室内的温度先升高后降低，当过量空气系数为1时，温度达到最高；NO的排放量随着过量空气系数的增大先升高后降低，当过量空气系数为1.1时，NO的排放量最大。随着热负荷的增大，燃烧室内的高温区的范围逐渐增大，NO的

7、排放量逐渐增大。关键词：旋流燃烧器；生物质燃气；数值模拟IAbstractAbstractAsakindofcleannewenergy,biomassgascanbeusedinruralcookingandsubstitutefortraditionalfossilfuelforboilerandindustrialindustry.Biomassgascannotonlyreducetheglobalgreenhouseeffectandairpollutioncausedbytheburningo

8、ffossilfuels,butalsocanbecomethepowerdemandofhumanlifeanddevelopment.Theproblemofhightarcontentinbiomassgasisthemainproblemofpyrolysisgasificationofbiomass.Thetarproblemofbiomassgasificationprocesscanbeeffectivelyso