带入口旋流器的文丘利调风器出口流场的流动特性分析.pdf

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1、第15卷第5期华东船舶工业学院学报（自然科学版）Vol.15No.52001年10月JournalofEastChinaShipbuildingInstitute（NaturalSciencesEdition）Oct.2001文章编号：1006-1088（2001）05-0070-04带入口旋流器的文丘利调风器出口流场的流动特性分析姚寿广，李宗羲，付德钢，朱德书（1.华东船舶工业学院机械系，江苏镇江212003；2.中国船舶重工集团第703研究所黑龙江哈尔滨150036）摘要：针对一种带入口旋流器的新型文丘利调风器出口流场进行了数值模

2、拟，数值模拟结果与常规文丘利调风器出口流场数值模拟结果进行了对比分析，所得预测分析结果为这种带入口旋流器的新型文丘利调风器的应用提供了设计依据。关键词：文丘利调风器；流场；数值模拟中图分类号：TK223.23文献标识码：A!引言在文献［1，2］中作者曾针对常规文丘利油燃烧器冷热态流场，依据试验数据提出了一种有效的流场分析模型和处理方法，并据此对舰船燃油锅炉中新设计的一种文丘利油燃烧器的冷、热态流场进行了数值预报。本文进一步针对带入口旋流器的新型文丘利调风器的出口流场进行了数值模拟，通过数值模拟对某舰船锅炉带入口旋流器的新型文丘利调风器

3、的出口流场的特点进行了预测分析，并与常规文丘利调风器出口流场的特点进行了比较，所得预测分析结果为这种带入口旋流器的新型文丘利调风器的应用提供了设计依据。"计算模型的建立在仅考虑单只调风器内外部流动的前提下，基于文献［1］同样的思路对调风器结构进行简化，并建立了图1所示计算模型。而对于调风器内外部流场中的复杂湍流结构仍采用目前较为成熟的!-!双方程模型模拟，其基本方程可参见文献［3］。从物理模型可以看到，整个计算区域包括入口旋流器通道、进风弯道、文丘利通道、稳焰器通道、二次风通道和炉膛图1带入口旋流器的文丘利空间，因此计算区域的特征首先

4、是尺度很大，其次，象弯道、调风器的计算物理模型壁面、稳焰器、入口旋流器等特殊结构以及炉膛内回流区的Fig.1PhysicalanalysismodelofVenturioil-burnerWithanintakesWirler存在，使得流场在这几个部位变化非常剧烈。因此，要精确收稿日期：2001-04-09基金项目：行业重点项目（院编990201）作者简介：姚寿广（1962-），男，江苏镇江人，华东船舶工业学院教授，目前主要从事动力机械与设备中流动与传热的数值模拟与仿真。第5期姚寿广等：带入口旋流器的文丘利调风器出口流场的流动特性分析

5、7l反映整个计算区域内的流场变化，网格划分应足够精细。这样，即使采用非均匀网格，也会使生成的贴体网格文件巨大，因此本文的计算采用了基于贴体网格的分段模化方法进行了数值模拟［4］。!某带入口旋流器的文丘利调风器出口流场数值模拟分析在根据相关实验结果对计算物理模型及数值模拟结果进行验证的基础上［4］，本文首先根据计算结果绘制了调风器出口处速度场沿径向的分布规律，见图2。从图2中可以看出，由于稳焰器外箍的存在，调风器出口处速度场沿径向有两个明显不同的分布。首先对于切向速度u来说，一次风风道内的u在稳焰器的导流作用下，具有很高的值，比二次风道

6、内的u要大得多，出口最高切向速度可达39.2m／s。并且由于稳焰器设计成斜截面出口，使得根部阻力明显减小，u在稳焰器部分沿径向分布较均匀。同时，在二次风道内仍具有较大的切向速度，沿径向逐渐增大，出口最大速度接近20m／s，可以预计这一部分的切向速度会使炉膛入口处的混合加剧，气流扩散角增大。L分布曲线也表明了受稳焰器阻力的影响，大部分气流从调风器二次风道经过，使得二次风轴向风速明显高于一次风轴向风速。从图中还可看出稳焰器出口处的径向速度较大，这有利于回流区的形成。图3是炉膛内速度场分布的局部放大图，从速度矢量图中可以看到调风器出口处有一

7、个明显的回流区，经测量回流区长度为432mm，回流区最大直径为23lmm，而风口处的气流扩散角为37.8。从炉膛内的流场模拟结果可看到切向速度在炉膛开始的一小段距离内沿轴向剧烈衰减，在距风口出口截面约0.3m处就从32.9m／s衰减到了l2m／s，衰减了63.53%，到距风口出口截面约lm处切向速度只有6.25m／s，衰减了8l%。然后衰减变慢，到距风口出口截面2m处，切向速度几乎为0。切向速度沿径向的衰减更加剧烈，在一段极小的距离内，切向速度沿径向迅速衰减为0。这里值得注意的是，在二次风道出口截面附近有一小块高切向速度区，平均值可达

8、l2m／s，这是由于调风器入口处添加旋流器造成的，正是由于它的存在，对比常规文丘利调风器可看出炉膛内的早期混合加强。相比起来轴向速度的衰减就要来的缓慢且均匀得多。轴向速度在距风口出口截面约0.3m处，由50.59m／s衰