不同喷嘴直径对加热炉燃烧器燃烧过程的影响

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1、第３３卷第２期青岛科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．２２０１２年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ａｐｒ．２０１２文章编号：１６７２－６９８７（２０１２）０２－０１８３－０５不同喷嘴直径对加热炉燃烧器燃烧过程的影响顾新新，周艳，李庆领＊（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛２６６０６１）摘要：选用ＦＬＵＥＮＴ软件，利用数值模拟的方法对加热炉燃烧器内烟气速度分布和温度分布做了详细研究，并考察了不同喷嘴直径对燃烧过程的影响情况。研究结果表明，喷嘴直径越小，速度峰值越大，射流

2、的影响区域越大。这加剧了燃料与空气的混合，加快了燃烧速率，使燃烧在较短的区域内完成，且燃烧的火焰逐渐变短、变窄。随着喷嘴直径的增大，出口未完全燃烧的燃料逐渐增多，燃烧损失的热量越多，燃烧效率有所降低。但同时，随着喷嘴直径的增大，火焰高温区增大，提高了辐射传热效率。关键词：燃烧器；喷嘴；数值模拟；燃烧中图分类号：ＴＧ１５５．１＋２文献标志码：ＡＥｆｆｅｃｔｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＤｉａｍｅｔｅｒｏｆＮｏｚｚｌｅｏｎｔｈｅＧａｓＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎｉｎｔｈｅＣｏｍｂｕｓｔｏｒＧＵＸｉｎ－ｘｉｎ，ＺＨＯＵＹａｎ，ＬＩＱｉｎｇ－ｌｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉ

3、ｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０６１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＦＬＵＥＮＴｉｎｃｏｍｂｕｓｔｏｒｗｉｔｈｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｎｏｚｚｌｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｆｕｅｌｖｅｌｏｃｉ－ｔｙｏｎｔｈｅｏｕｔｌｅｔｏｆｔｈｅｎｏｚｚｌｅａｎｄｉｔｓｐｅａｋｖａｌｕｅｂｅｃａｍｅｌａｒｇｅｒｗｉｔｈｌｅｓｓｄｉａｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅｌａｒｇｅｒｆｌｏｗ

4、ｆｉｅｌｄａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｎｏｚｚｌｅｆｌｏｗ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｍｉｘａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｒａｔｅｂｅｔｗｅｅｎｆｕｅｌａｎｄａｉｒ．Ｔｈｅｎｔｈｅｆｌａｍｅｂｅｃａｍｅｓｈｏｒｔｅｒａｎｄｎａｒｒｏｗｅｒ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｎｏｚｚｌｅｄｉａｍｅｔｅｒ，ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｆｕｅｌｏｎｏｕｔｌｅｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙ，ｔｈｅｎｔｈｅｈｅａｔｌｏｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｉｔｌｅａｄｓｔｏｒｅｄｕｃｅｄｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｎｏｚｚｌｅｄｉａｍ

5、ｅｔｅｒ，ｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ；ｎｏｚｚｌｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ管式加热炉是石油化工行业的主要加热设非常有限。近几年随着计算机和数值计算的发备，同时也是高能耗设备。每个炼油厂消耗的燃展，利用计算机模拟加热炉内的反应过程、研究耐料相当于其加工量的８％～１２％，所耗燃料费约火材料使用寿命、优化操作参数、控制燃烧产物的［１］占操作费用的６０％～７０％。因此，加热炉安全排放等成

6、为非常有效的研究方法。高效运行对整个炼厂降低运行成本、提高经济效加热炉内的加热过程是一个复杂的能量传输［２］益影响重大。但是，加热炉是一个高温封闭系统，过程，它包括燃料燃烧过程、炉内烟气流动与传燃料、被加热介质等都在不断的运动且是不断变热过程、管内介质加热过程。本研究在不考虑炉化的。因此，对加热炉内流动、传热和反应的研究管的情况下，应用计算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ收稿日期：２０１２－０１－０４作者简介：顾新新（１９８６—），男，硕士研究生．　＊通信联系人．１８４青岛科技大学学报（自然科学版）第３３卷［３］６．２对加热炉燃烧器内的燃烧过程进行模拟。２数学模型的建立以常压加热炉为背景，利用数

7、值模拟的方法，研究［５－７］炉内然烧过程的详细状况，并考察了喷嘴直径对通过文献调研可知，加热炉内燃烧过程达加热炉内流动和燃烧过程的影响规律，以期为燃到稳定以后，炉内的烟气流动、火焰燃烧和传热过烧器的设计提供理论指导。程可以用气体燃烧基本方程组来描述。加热炉内的烟气流动属于湍流流动，燃料和氧化剂未经混１几何模型的建立合直接进入燃烧室进行反应，属于扩散燃烧，且辐圆筒型管式加热炉是最常用的加热设备，燃射传热是炉内主要的传热方式。烧器（图１