国内图书分类号： TK224 国际图书分类号： 621.18 工学硕士学位论文 周向浓淡旋流燃烧器空气动力场的试验研 究及数值模拟 硕士研究生：魏宏大 导师：李争起教授 申请学位：工学硕士 学科、专业：热能工程 所在单位：能源科学与工程学院 答辩日期：2008年7月 授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index：TK224 U.D.C.: 621.18 A Dissertation for the Degree of M. Eng. EXPERIMENTAL STUDY AND NUMERICAL SIMULATION ON AERODYNAMIC FIELD OF TANGENTIAL BIAS SWIRL BURNER Candidate：Wei Hongda Supervisor：Prof. Li Zhengqi Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Thermal Energy Engineering Affiliation: School of Energy Science & Eng. Date of Defence：July, 2008 Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 哈尔滨锅炉厂引进英国MBEL公司(英巴)公司技术的周向浓淡旋流燃烧器，前后墙对冲布置。在锅炉实际运行中出现了燃烧器附近水冷壁结渣的问题。针对这个问题，结合周向浓淡旋流燃烧器的工作原理，从试验和数值模拟两方面分析产生这些问题的可能原因，建立冷态模化试验台，通过试验和数值模拟的研究，力求寻找可行性方案。 在对周向浓淡旋流燃烧器空气动力场试验结果中可以看出，中心回流区分布均不对称，原燃烧器模型当燃烧器中心风率为设计值时，中心回流区起始于燃烧器喷口内，在一次风与内二次风喷口延长线之间，煤粉易在燃烧器预混段内着火燃烧。原燃烧器模型一次风与二次风混和过早，造成携带煤粉的一次风被旋转的中心风和二次风带动旋转，在经过预混段后进入炉膛，易被甩到水冷壁上，造成燃烧器喷口及周围水冷壁的结渣。试验中射流扩展角最大为90°，乙二醇烟雾示踪试验表明各结构的外二次风扩展角差别不大，均在60°左右，不存在气流飞边的现象。将内二次风喷口向炉内推进使得中心回流区逐渐变小，当推进至外二次风扩口后端时中心回流区最小，中心回流区减小则卷吸的高温烟气量也相应减小，有利于减少燃烧器喷口结渣。 从周向浓淡旋流燃烧器空气动力场模拟结果中可以得出，通过中心线回流区分布不对称的原因是一次风与燃烧器中心线偏离一定距离切向进入，切向速度沿圆周方向分布不对称，导致整个流场的分布不对称，从而产生了中心回流区分布不对称这一现象。从原型燃烧器喷口处轴向、切向、径向速度分析可知，原型燃烧器喷口结渣的原因同样是一次风在旋转的中心风和内二次风的带动下旋转运动并不断向喷口四周扩散，造成一次风携带的颗粒被甩到燃烧器喷口和水冷壁上，从而造成结渣。切向速度差别不大，原型燃烧器模拟的结构轴向速度衰减的最快，径向速度最大，最容易结渣，而将内二次风喷口向炉内推进,径向速度的绝对值最小，有利于减少结渣，但是不能根除结渣，模拟中同样发现不存在气流飞边的现象。 周向浓淡旋流燃烧器空气动力场试验和模拟结果分析，找到了燃烧器附近水冷壁结渣的部分原因，并提出了解决方案，在工程实践中具有一定的指导意义。 关键词旋流燃烧器；结渣；空气动力场；回流区；数值模拟 - I -
燃烧器的作用 燃烧器是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分，它的作用是把煤粉和燃烧所需的空气送入炉膛，合理地组织煤粉气流，并良好地混合，促使燃料迅速而稳定地着火和燃烧。 一个良好的燃烧器应具备的确良基本条件是： （1）一二次风出口截面应保证适当的一二次风风速比； （2）出口气流有足够的扰动性，使气流能很好地混合； （3）煤粉气流的扩散角，能在一定范围内任意调节，以适应煤种变化的需要；（4）沿出口截面煤粉的分布应均匀； （5）结构应简单、紧凑，通风阻力应小。 旋流式燃烧器 １、旋流式燃烧器的工作原理 旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。 射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。与此同时，在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区。外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和
煤粉气流。由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风的混合比较强烈，使燃烧过程连续进行，不断发展，直至燃尽。 ２、旋流式燃烧器的类型 按照旋流器的结构，旋流式燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式、切向叶片式三大类，常用的有以下几种： 单蜗壳式 蜗壳式 双蜗壳式 三蜗壳式 旋流式燃烧器轴向叶轮式 单调风 双调风 ３、双调风旋流式燃烧器 双调风旋流式燃烧器是在单调风燃烧器的基础上发展出来的。双调风式燃烧器是把燃烧器的二次风通道分为两部分，一部分二次风进入燃烧器的内环形通 图4-20 双调风旋流燃烧器
旋流燃烧器三维等温湍流流动的数值模拟 Artit Ridluan a,Smith Eiamsa-ard a,Pongjet Promvonge b a Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Mahanakorn University of Technology, Bangkok 10530, Thailand b Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok 10520, Thailand 摘要 本文对旋流燃烧器中的强烈旋转湍流流动进行了数值模拟。在当前的工作中，对于三维等温旋流燃烧流动的综合科学研究使用了三种一阶湍流模型：标准k-ε湍流模型，RNG湍流模型，SST k-ω模型；二阶湍流模型，雷诺应力模型（RSM）与二阶数值差分格式。计算结果表明RSM在测量旋流流动影响上要优于其他湍流模型。旋流燃烧器流动的数值模拟结果为旋流燃烧器的相关设计与运行参数，包括轴向与径向速度，压力场，湍流动能的流动特点进行了描述。 1. 引言 在过去的数十年中，由于旋流流动在工业上的应用，比如熔炉，燃气涡轮燃烧器，旋风燃烧炉，旋风燃烧器，灰尘收集等，它已受到相当大的关注。一种研发用于加热小中型锅炉的新型不结渣旋流燃烧器可以在干燥的粉状及泥浆的情况下点燃含煤燃料。在对涡流室及低温燃烧中气固两相的强烈旋转流动与燃烧的基本理解基础上，人们提出了旋流燃烧器的概念。旋流燃烧器不仅融合了旋风燃烧器，多级燃烧器，旋风燃烧炉，粉碎性燃煤燃烧器，流化床燃烧器的优点，而且消除了他们本身的大部分缺点。 旋流燃烧器是由Nieh和Fu开发研究以求在高效，清洁方面增加煤的利用。有一种燃烧器与Nieh和Fu的相似，但以稻壳作为替代燃料，Promvonge and Silapabanleng 对这种燃烧器进行了实验研究。数十年来，人们用实验与数值研究的方式对旋流燃烧器的应用进行了众多尝试。Nieh et al测量了流化床旋流燃烧器在不同旋转强度与二次风率情况下的气体流场分布，颗粒质量通量与筛选。Zhang and Nieh ，and Zhang et al利用简化后的代数雷诺应力模型预测了旋流燃烧器中的强烈的旋转等温湍流流动，认为对旋流燃烧器中的轴向与径向速度的预计和在二维对称轴向流动中的测量结果吻合良好。他们认为ASM要优于k-ε模型。Zhang and Nieh同时也通过引入代数雷诺应力模型，在数值与实验上研究了旋流燃烧器中强烈的旋转湍流流动和粉碎煤块的燃烧。他们对气体颗粒的流动与燃烧中的气体速度，湍流量，温度，压力，浓度，颗粒密度，轨迹，燃尽时间，停留时间进行了详尽描述，发现旋流燃烧器在同轴且分级送风时的气体流动具有旋转，发展，再循环的特点。 由于在公开文献中仅介绍了利用标准k-ε湍流模型，ASM的二维轴对称流动，
第8卷第4期2009年12月 热科学与技术 Journal of Thermal Science and Technology Vol .8No .4Dec .2009 文章编号:1671-8097(2009)04-0337-06D OI :10.3969/j .issn .1671-8097.2009.04.010 旋流燃气灶数值模拟研究 蒋绍坚, 刘震杰, 张 灿, 艾元方, 蒋受宝, 黄 波 (中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙 410083) 摘要: 为缩短燃气灶的研发周期、降低研发成本、进一步提高燃气灶热效率,以旋流燃气灶为对象,以甲烷为燃料,利用F luent 模拟软件,研究了锥角和锅支架高度、一次空气系数因素对燃气灶热效率的影响。模拟结果表明:旋流燃气灶热效率随这三个参数的增大均呈现出先增后减的规律,其最大值分别发生在一次空气系数为0.6、锥角为45°、锅支架高度为22.5mm 时。为确定这三个参数的不同组合对热效率的影响,采用正交试验研究了这三个参数对热效率影响的显著性。试验结果表明:一次空气系数为0.6、锥角为45°、锅支架高度为22.5mm 为最优水平组合。 关键词:民用燃气灶;旋流;数值模拟;正交试验 中图分类号:T U996.75文献标识码:A 收稿日期:2009-09-24; 修回日期:2009-11-03.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50006005,50476010);2006年中澳合作科技特别基金项目(50711120414).作者简介:蒋绍坚(1963-),男,湖南邵阳人,硕士,教授,主要从事高效低污染燃烧、生物质能源利用研究.E -m ail :sjjiang @mail .csu . edu .cn 0 引 言 国内燃气灶的研发主要依靠实验方法进行摸索,存在研发周期长、成本高等问题。将数值模拟方法用于燃气灶的开发研究,有助于解决这一问题。旋流燃气灶的火焰及高温烟气在锅底停留时间长,燃烧充分,具有燃烧稳定、热效率高等优点,得到越来越多的使用 [1-5] 。本文基于计算流体力学 软件Fluent ,以旋流燃气灶为研究对象,开展其数值模拟研究。关于旋流燃气灶的研究,虽已有较多文献报道 [6-8] ,但采用数值模拟方法研究旋流燃气 灶的却鲜见报导。燃烧器锥角和锅支架高度、一次空气系数等是影响燃气灶热效率的主要因素,本文首先用数值模拟方法分别研究三者对燃气灶热效率的影响规律,然后用正交试验方法研究三者的组合对热效率的影响,为实现高效率,寻找最佳组合。 1 数值模拟 针对典型旋流燃气灶,进行数值模拟与计算, 提出合理的燃气灶数值模拟方法[9]。通过改变结构与初始条件,分析关键结构参数与初始条件对燃气灶燃烧的影响。1.1 物理模型的建立 依照燃气灶实际尺寸建立三维的物理模型,模型包括燃气灶以及燃气灶上部的受热体。燃气和一次空气的入口简化为均布在圆台壁面上的21个条形孔,圆台底面开口作为空气入口。考虑火焰加热盛水铝锅时的情况,将锅底简化为一个传热壁面,而与之对应的位置考虑一个灶台面。整个模型由燃烧器头部、锅底面以及灶台面三个部分组成。旋流燃烧器本身的腔体和上部的空腔组成燃气的燃烧空间,是数值计算的主要区域。网格划分,考虑到锥形部分是燃气空气混合气体以及底部的次空气集中的一个区域,故将此区域设置网格较密。整个计算区域采用的是非结构混合型的网格,如图1所示。1.2 求解设置 根据相关研究[10],修正热平衡表达式得式(1) [11] 。使用三维稳态隐式分离求解器;选用
民营科技 ２００８年第３期 科技论坛 １! ＭＹＫＪ 典型旋流式燃烧器及应用 李斌 （黑龙江省电力开发公司，黑龙江哈尔滨１５０００９） 引言 燃煤发电机组在我国发电设备中占有很大的比例，开展大机组调峰技术的试验研究，解决电网调峰能力不足的问题，同时彻底解决机组频繁启停及低负荷下的稳燃问题，是当前最重要的技术课题。 １旋流式燃烧器的特点与类型 煤粉稳定燃烧技术，国内国外都在开发研究，出现了多种煤粉燃烧器及其稳燃技术研究成果。就其机理而言，煤粉燃烧器可分为旋流式燃烧器，直流式燃烧器两大类。 旋流式燃烧器的特点是：ａ．旋转射流不但有轴向速度、 径向速度、而且还有切向速度，产生了回流区。在回流区中，轴向速度是反向的，旋转强度越大，回流区也随之增大；ｂ．切向速度衰减很快，轴向速度衰减较慢，但比直流射流衰减快得多，因此，在同样的初始动量下，旋转射流射程短；ｃ．旋转射流的扩展角比直流射流大，旋转强度越大，扩展角也越大；ｄ．旋转射流中的一二次风混合很强烈，但难以控制。 ２介绍几种典型的旋流燃烧器２．１径向浓淡旋流燃烧器技术 该项技术是由哈尔滨工业大学秦裕琨教授在风包粉煤粉燃烧原理的基础上提出，系在燃烧器一次风通道中加入百叶窗式煤粉浓缩器，一次风粉混合物分为浓淡两股，浓煤粉气流靠近中心经浓一次风通道喷入炉膛；淡煤粉二次风也分成两部分，一部分经过旋流二次风通道以旋流的形式进入炉膛，另一部分经过直流二次风通道以直流的形式进入炉膛，形成了由高温回流区向水冷壁依次布置浓、煤粉气流、旋风、直流二次风的风包粉形式。从而，在中心回流区边缘附近（高温区域）形成了较高的煤粉浓度区域，保证燃烧区域水冷壁附近形成相对较强的氧化性气氛。 ２．２轴向叶片式旋流燃烧技术 采用轴向叶片使二次风旋转，一次风可不旋转，有的在出口处装有扩锥；有些改进型设计还具有燃烧劣质煤和低负荷稳燃的能力。这种新型燃烧器的结构特点是：在一次风通道外壁内侧设置了复线型凸条，可起到弥散煤粉的作用；将二次风的旋流蜗壳改成大风箱结构，从而改善二次风分配和使阻力不过大。工业试验及应用表明，这种燃烧器解决了低负荷或煤质较差工况下燃烧不稳的问题，使锅炉具备了在５０％ＥＣＲ下断油调峰的能力。 ２．３ＨＧ－ＳＴＷ－Ⅰ型双通道外混式旋流稳燃器 哈尔滨锅炉厂设计生产的这种燃烧器，中心风供燃油或燃煤需要的风量，同时具有冷却喷口的作用。一次风为直流。二次风分两股，内二次风利用轴向固定叶片使气流旋转，同时带动一次风旋转；外二次风为直流，以较高速度喷入炉膛，其速度通过改变风道入口挡板开度的大小来 控制。长山、新华电厂 （４１０ｔ／ｈ锅炉应用了该型燃烧器，燃烧稳定，最低不投油负荷为４０％，具有比过去的单 （双）蜗壳式燃烧器性能好、燃烧较高等特点。哈锅厂在此基础上又设计出ＨＧ－ＳＴＷ－Ⅱ型燃烧器，其性能可满足６００ＭＷ机组锅炉运行要求。 ２．４低ＮＯＸ切向双调风旋流燃烧器 美国Ｆｏｓｔｅｒ－Ｗｈｅｅｌｅｒ公司生产的该型燃烧器已在许多的国家应用，西班牙１／３燃煤炉即采用了这种技术。其优点是燃烧稳定，燃烧效率高，ＮＯＸ产生量低；缺点是调节机构较复杂，有时调节不灵，造成燃烧器内积粉和烧喷口现象。我国邹县、沙角电厂应用了该型燃烧器。邹县电厂２Ｘ６００ＭＷ机组锅炉燃烧器为前后墙对冲、３层４列布置，共２４只燃烧器，层距３３５５ｍｍ，列间间隔３９０５ｍｍ。改造后炉内燃烧良好，燃烧器区均有少量结焦，ＮＯＸ最大排放量７３７ｍｇ／ｍ３（设计为６１４ｍｇ／ｍ３），最低不投油 稳燃负荷为４０％ＥＣＲ。 ２．５低ＮＯＸ双调风旋流燃烧器 该型燃烧器系加拿大Ｂａｂｃｏｃｋ＆Ｗｉｌｃｏｘ公司应用Ｂａｂｃｏｃｋ旋流燃烧器技术设计、生产。德国Ｂａｂｃｏｃｋ公司具有１２５ａ的电站锅炉设计、制造、安装经验，开发的旋流煤粉燃烧器分了３代，第一代为简单旋流燃烧器，其特点是一次为直流，喷嘴出口处加装稳燃器。二次风装有旋流叶片，叶片使二次风气流做旋转运动并裹着一次风同时旋转。该燃烧器在氧量过 剩的情况下运行，有早期混合好、 燃烧温度高等特点，但ＮＯＸ排放量高，超过９５０ｍｇ／ｍ３ 。第二代（ＷＢ型）为２０世纪８０年代研制的双调风低ＮＯＸ旋流燃烧器，二次风分为内、外二次风。内二次风为旋转射流，一次风和外二次风为直流。一次风约占总风量的２０％，内二次风约占２０％￣３０％，其余为二次风量。这种分级燃烧方式有效地降低了ＮＯＸ排放，约为６５０ｍｇ／ｍ３，但内二次风旋转动量小于第一代燃烧器，回流区卷吸热烟气能力有所减弱，相应地减弱了着火燃烧，外二次风与一次风的混合推迟，燃烧受到控制，火焰峰值温度降低。９０年代开发的第三代新型低ＮＯＸ旋流燃烧器（ＤＳ型），可用于前后墙对冲方式，也可用于切圆燃烧方式，煤种适应性强，同时充分考虑了减少ＮＯＸ的生成。 ２．６超低ＮＯＸ煤粉燃烧器ＣＩ－а·ＷＲ燃烧器 这是由日本电力中央研究所和石川岛播磨重工业公司共同开发的最新型煤粉燃烧器。此前，曾开发了不增加灰中未燃分而将煤粉燃烧时发生的ＮＯＸ降低３０％以上，可达３０％低负荷稳燃器的超低ＮＯＸ燃烧器（ＣＩ－а·ＷＲ燃烧器）。 为了进一步改进这种通过在燃烧器附近形成再循环流来促进煤的热分解和早期形成还原火焰的超低ＮＯＸ燃烧器的低负荷稳燃性能，新开发了具有煤粉浓缩功能的超低ＮＯＸ大量程煤粉燃烧器（ＣＩ－а·ＷＲ燃烧器）。它是在燃烧器一次风管道内侧设置流线型环，有效 地将旋转力较强的ＣＩ－а 燃烧器的一次风管道内的煤粉浓缩。浓缩效果可通过改变燃烧器出口到环设置的距离来调整。这种新型燃烧器大大地改善了低负荷时的燃烧稳定性和燃烧效率，可同燃油锅炉一样地在２０％负荷下稳定燃烧，ＮＯＸ浓度在２４０ＰＰＭ以下。 结语 我国现有的旋流燃烧器类型很多，哈尔滨、 上海、东方、北京、武汉锅炉制造厂都开发有自己特色的旋流式燃烧器，同时还引进了Ｂａｂｃｏｃｋ公司、Ｆｏｓｔｅｒ－Ｗｈｅｅｌｅｒ公司的产品。总体上讲，各类型的旋流式燃烧器都达到了稳燃（特别是低负荷稳燃）、提高燃烧效率（或锅炉效率）和降低ＮＯＸ排放量的效果。但是，各种低负荷稳燃技术都有其优缺点，也有其缺点或局限性。因此，各电厂都应根据本厂炉型、运行状况以及煤种、煤质情况选择较为适合的改造方案，尤其要注重在燃烧器改造过程中的技术改 进，针对燃烧器运行中暴露的问题，采取相应的改进措施。 在注重其稳燃效果同时，更应注重燃烧器的寿命 （特别是磨损、变形）问题。参考文献 ［１］邓广发．几种典型燃烧器在江苏电站锅炉上的应用［Ｊ］．江苏电力技术， ２０００ （１）．［２］陈一平，彭敏，熊蔚立．双通道煤粉燃烧器在湖南３００ＭＷ机组锅炉上 的应用［Ｊ］．中国电力，１９９９ （１１）．作者简介：李斌（１９６７￣）男，山东省人，工程师，毕业于黑龙江电力职工大学热能动力工程专业，现就职于黑龙江电力开发公司，主要从事热力工程管理工作。 摘要：旋流式燃烧器是通过产生具有轴向速度、 径向速度和切向速度的旋转射流形式回流区，借以提高燃烧效率，达到稳燃效果。目前，国内外开发、应用了十几种旋流式燃烧器，其中典型的旋流式燃烧器有：径向浓淡旋流燃烧器、轴向叶片式旋流燃烧器、双通道外混式旋流燃烧器、低 ＮＯＸ切向双调风旋流燃烧器、 低ＮＯＸ双调风旋流稳燃器等。关键词：旋流燃烧器；稳燃；调峰 Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｗｉｒｌＢｕｒｎｅｒｈａｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｔａｎｇｅｎｔｉａｌａｎｄｒａｄｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄｏｆｊｅｔｒｅｔｕｒｎｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍ，ｉｎｏｒ－ｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｔａｂｌｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｏｚｅｎｓｗｉｒｌｂｕｒｎｅｒ，ｗｈｉｃｈｔｙｐｉｃａｌｌｙｓｗｉｒｌｂｕｒｎｅｒ：ＲＢＣｂｕｒｎｅｒ，ａｘｉａｌｖａｎｅｓｗｉｒｌｂｕｒｎｅｒｓ，ｄｕａｌ－ｃｈａｎｎｅｌ，ｍｉｘｅｄ－ｓｐｉｎｆｌｏｗｂｕｒｎｅｒ，ｌｏｗＮＯＸｔａｎｇｅｎｔｉａｌｄｕａｌ－ｃｈａｎｎｅｌｓｗｉｒｌｂｕｒｎｅｒ，ｌｏｗＮＯＸｄｕａｌ－ｃｈａｎｎｅｌｓｗｉｒｌｓｔａｂｌｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｗｉｒｌｂｕｒｎｅｒ；ｓｔａｂｌｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ；ｐｅａｋｓｈａｖｉｎｇ
HT－NR3型旋流燃烧器介绍 一、作用及特点： 1、向炉内输送燃料和空气； 2、组织燃料和空气及时、充分的混合； 3、送入炉内的煤粉气流能迅速、稳定的着火，迅速、完全的燃尽； 4、供应合理的二次风，使它与—次风能及时良好地混合，确保较高的燃烧效率； 5、火焰在炉膛的充满程度较好，且不会冲墙贴壁，避免结渣； 6、有较好的燃料适应性和负荷调节范围； 7、流动阻力较小； 8、能降低NOx的生成。 二、燃烧设备整体布置： 采用前后墙布置、对冲燃烧、旋流式燃烧器系统，风、粉气流从投运的煤粉燃烧器、燃尽风喷进炉膛后，各只燃烧器在炉膛内形成一个独立的火焰。 前、后墙各布置3层HT－NR3燃烧器，每层8只；同时在前、后墙各布置一层燃尽风喷口，其中每层2只侧燃尽风（SAP）喷口，8只燃尽风（AAP）喷口。每只煤粉燃烧器中心均配有点火油枪，油枪采用机械雾化，油枪总容量为锅炉B-MCR 所需热量的30%，单支油枪一般出力为1500kg/h。燃烧设备的布置简图见图1 燃烧器布置示意图。油枪布置简图见图2 油枪布置示意图。 图1 燃烧器布置示意图
图2 油枪布置示意图 每台磨煤机带 1 层中的 8 只燃烧器。 燃烧器层间距为 5.8198m，燃烧器列间距为 3.683m，上层燃烧器中心线距屏底距离约为 22.3m，下层燃烧器中心线距冷灰斗拐点距离约为 3.381m。最外侧燃烧器中心线与侧墙距离为 4.0962m，燃尽风距最上层燃烧器中心线距离为7.1501m。 燃烧器配风分为一次风、内二次风和外二次风，分别通过一次风管，燃烧器内同心的内二次风、外二次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛。其中内二次风为直流，外二次风为旋流。 三、燃烧器的结构 1、煤粉燃烧器的结构 煤粉燃烧器主要由一次风弯头、煤粉浓缩器、燃烧器喷嘴、稳焰环、内二次风装置、外二次风装置（含调风器、执行器）及燃烧器壳体等零部件组成。(图3“燃烧器结构示意图”，图4“现场安装好后的燃烧器喉口部位”)。 图3燃烧器结构示意图
第37卷第4期2006年7月 锅 炉 技 术 BOIL ER TECHNOLO GY Vol.37,No.4 J ul.,2006 收稿日期:20050519 作者简介:赵振宙(1982),男,内蒙古集宁市人,博士研究生,现从事能源环保、数值建模、流体计算的工作。 文章编号: CN311508(2006)04004906 旋流燃烧器数值模拟和优化改造 赵振宙1, 赵振宁2, 孙 辉2 (1.东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096; 2.华北电力科学研究院有限责任公司锅炉所,北京100045) 关键词: 旋流燃烧器;数值模拟;优化改造 摘 要: 某电站煤粉锅炉采用旋流燃烧器,在运行中燃烧器出现调节能力差的问题。针对此情况,我们分别按照分析缺陷、虚拟改造以及优化改造3个步骤进行研究,以及对应的3个不同工况进行了数值模拟计算。运用k 2ε数学模型,并借助Fluent 6.0对单个旋流燃烧器的一、二次风的流场进行三维数值模拟计算。通过数值模拟我们对旋流燃烧器进行了优化改造,并通过有限的但是精确的现场测试数据对比,很好地验证了本次数值模拟的准确性。 中图分类号: T K 223.23 文献标识码: A 1 前 言 燃烧器在电站锅炉中起着关键性的作用,它决定着燃料的着火及已经着火后燃烧的稳定等等。它的设计和运行是决定燃烧器设备的经济性和可靠性的主要因素。因此燃烧器必须具备组织良好的空气动力场,保证煤粉及时着火和稳定燃烧;运行可靠;较好的燃料适应性,便于调节等基本特点。某电厂锅炉为W GZ1004/18.4-2型,系武汉锅炉厂生产制造的亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉。锅炉采用单炉膛、平衡通风、双调风轴向旋流燃烧器、前墙布置。使用的燃烧器特点为带有煤粉浓缩装置的双通道轴向可调旋流煤粉燃烧器,该燃烧器自从投运以来一直存在着燃烧调节能力差的问题。从冷态空气动力场的情况来看,表现为内二次风严重不足,即使改变内二次风套筒进行调节,其变化也不明显。为了改变这种状态,电厂已经把风箱内内二次风风口面积加大,在三角形风口处均匀地加了4个长方形风口,但是内二次风依然不足。 随着计算流体力学的发展,CFD 已成为研究流体力学的主要手段。从计算结果与实验结果对比看,数值模拟无论在时间和精度上均有优势,并具有可视性,能够比试验更全面地了解流场的变化情况。为了探究其中的原因,我们在本 文中以Fluent 软件为计算平台,对旋流燃烧器进行模拟计算,达到优化改造的结果。 2 燃烧器概括 燃烧器的布置如图1所示,双通道燃烧器燃用的空气分为:中心风、 一次风、内二次风和外二次风。各支气流通过同心管分级引入炉膛。由内到外分别为中心风管、一次风管、内二次风管、外二次风管。 图1 燃烧设备实物图 每个燃烧器的中心风管内装有一支机械雾 化式油枪。每只燃烧器有1只中心风管为油及煤粉根部燃料提供必要的氧量。内二次风管上
燃烧器 - 介绍 燃烧器介绍： 将燃料与空气合理混合，使燃料稳定着火和完全燃烧的设备。燃烧器用于燃烧煤粉、液体燃料和气体燃料的锅炉和工业炉等。燃煤的小型锅炉一般采用层燃方式，不需燃烧器。燃烧器按所燃燃料的不同可分为煤粉燃烧器、油燃烧器和气体燃烧器3类。 煤粉燃烧器分旋流式和直流式两种。 ①旋流式煤粉燃烧器:主要由一次风旋流器、二次风调节挡板（旋流叶片或蜗壳）和一、二次风喷口组成(图1)。 它可以布置在燃烧室前墙、两侧墙或前后墙。输送煤粉的空气称为一次风，约占燃烧所需总风量的15～30％。煤粉空气混合物通过燃烧器的一次风喷口喷入燃烧室。燃烧所需的另一部分空气称为二次风。 二次风经过燃烧器的调节挡板（旋流叶片或蜗壳）后形成旋转气流，在燃烧器出口与一次风汇合成一股旋转射流。射流中心形成的负压将高温烟气卷吸到火焰根部。这部分高温烟气是煤粉着火的主要热源。一次风出口的扩流锥可以增大一次风的扩散角，以加强高温烟气的卷吸作用。 ②直流式煤粉燃烧器:一般由沿高度排列的若干组一、二次风喷口组成（图2）,布置在燃烧室的每个角上。燃烧器的中心线与燃烧室中央的一个假想圆相切，因而能在燃烧室
内形成一个水平旋转的上升气流。每组直流式燃烧器的一、二次风喷口分散布置，以适应不同煤种稳定而完全燃烧的要求，有时也考虑减少氮氧化物的生成量。 油燃烧器 它由油喷嘴和调风器组成。油喷嘴安置在调风器轴心线上，将油雾化成细滴，以一定的扩散角(也称雾化角)喷入燃烧室内，与调风器送入的空气相混后着火燃烧。油喷嘴主要有压力雾化和双流体雾化两种。压力雾化油喷嘴由分流片、旋流片和雾化片组成。油压一般为2～3兆帕。油在旋流片内产生高速旋转运动，经中心孔喷出，在离心力的作用下破碎成细滴，经雾化后的油滴平均直径在 100微米以下。双流体雾化油喷嘴利用蒸汽或压缩空气作为雾化介质，使油加速而破碎雾化。用蒸汽作为雾化介质的Y型油喷嘴（图3），因蒸汽通道和油通道成 Y形斜交而得名，它具有负荷调节范围大、蒸汽消耗少的优点。 油燃烧器的调风器除与煤粉燃烧器相似的旋流式和直流式外，尚有一种部分旋流式，即在直流式调风器内布置一个稳焰器，使少量空气(10～20％)流经稳焰器后产生旋转运动，在调风器出口形成中心回流区，使油雾着火稳定，以达到低氧燃烧。 气体燃烧器主要有天然气燃烧器和高炉煤气燃烧器两类。大容量天然气燃烧器大多采用多枪进气平流式。天然气枪放在调风器的空气通道内。高炉煤气燃烧器因高炉煤气发热量较低，着火困难，常在炽热的通道内燃烧，而后喷入燃烧室。 燃气燃烧器介绍 燃气燃烧器介绍： 使燃气和空气分别或混合后进入燃烧区而实现稳定燃烧的装置。燃气燃烧器是民用燃气用具和燃气工业炉的基本组成部分。燃气燃烧器种类繁多。按一次空气系数（预先和燃气混合的助燃空气量与燃气完全燃烧所需的理论空气量之比）分类，有扩散式、大气式和无焰式燃烧器；按空气供给方式分类，有引射式和鼓风式燃烧器；按用气压力分类有低压（5千帕以下）、中压（5～300千帕）和高压燃烧器。 扩散式燃烧器 依靠燃气从火孔逸出后的扩散作用，实现燃气和空气的混合并稳定燃烧的燃烧器。燃气逸出火孔前不同空气预先混合,一次空气系数为0。扩散式燃烧器结构简单、使用方便、火焰稳定。但其燃烧速度较慢、火焰较长,为达到完全燃烧需要较多的过剩空气,因此燃烧温度较低。扩散式燃烧器适用于温度不高但要求温度比较均匀的工业炉和民用燃具。小型扩散式燃烧器也常用作点火器。 大气式燃烧器 预先混合部分空气的燃烧器。一次空气系数通常取0.4～0.7。燃气以一定压力自喷嘴喷出进入混合管（即引射器），借高速喷射形成的负压将周围一部分空气吸入，在混合管中混合后从燃烧器头部火孔逸出而燃烧。大气式燃烧器燃烧比较完全，使用方便，但负荷较大时结构较庞大笨重。多孔大气式燃烧器(图1)广泛用于民用燃具。
旋流式燃烧器的工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
燃烧器的作用 燃烧器是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分，它的作用是把煤粉和燃烧所需的空气送入炉膛，合理地组织煤粉气流，并良好地混合，促使燃料迅速而稳定地着火和燃烧。 一个良好的燃烧器应具备的确良基本条件是： （1）一二次风出口截面应保证适当的一二次风风速比； （2）出口气流有足够的扰动性，使气流能很好地混合； （3）煤粉气流的扩散角，能在一定范围内任意调节，以适应煤种变化的需要；（4）沿出口截面煤粉的分布应均匀； （5）结构应简单、紧凑，通风阻力应小。 旋流式燃烧器 １、旋流式燃烧器的工作原理 旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。 射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。与此同时，在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区。外回流区也卷吸高温烟气来加
热空气和煤粉气流。由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风的混合比较 强烈，使燃烧过程连续进行，不断发展，直至燃尽。 ２、旋流式燃烧器的类型 按照旋流器的结构，旋流式燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式、切向叶片式三大类，常用的有以下几种： 单蜗壳式 蜗壳式 双蜗壳式 三蜗壳式 旋流式燃烧器轴向叶轮式 单调风 切向叶片式双调风 ３、双调风旋流式燃烧器 双调风旋流式燃烧器是在单调风燃烧器的基础上发展出来的。双调风式燃烧器是把燃烧器的二次风通道分为两部分，一部分二次风进入燃烧器的内环形
旋流燃烧器混合特性实验方案设计 如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。 一． 实验原理： 由于不考虑化学反应，可考虑采用用温度场来模拟浓度场、 （1） 与 均小于1，说明：动量交换过程不如热量和质量交换更强烈，∴温度和浓度混合边界层比速度边界层发展得快。 Pr 0.75,0.7~0.75t t Sc a D νν=≈=≈1~0.9t a Le D ∴=≈Pr t a ν=t Sc D ν=
（2）由于Le t =a /D ≈1，说明：温度和浓度边界层的发展十分相近，可以用传热过程的基本规律近似描写质量交换。 在上图中，用不同温度T 1=T 2实验，实测混合点xy 处的温度T xy （介于T 1和T 2之间，T 1>T xy > T 2）分布与浓度C xy 相似 研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C 。 其中：C 1和C 2是被比拟的实际两股气流的浓度 T 1和T 2是被比拟的实际两股气流的温度 m 1和m 2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数 试验中采用热电偶，测量温度，取参考点为冰水混合物。多只热电偶共用一台显示仪表的方式。 如图所示： 221212 xy xy T T C C T T C C --=-- 121,11121212122,22111 22211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==??+=+=??+=?????→+=????+=+=??
各种燃气燃烧器工作原理及简介 气体燃烧器 气体燃烧器种类较多 , 以下按空气供给方式介绍几种工业锅炉上应用较多的燃烧器。 1. 自然供风燃烧器 如图 3-45 所示 , 按炉膛形状可以选择圆形或矩形燃烧 器 , 低压燃气通过管子上的火孔流出 , 与空气事先元预混合 , 是一次空气系数α l=0 的扩散燃烧方式 , 因 而也称为扩散文燃烧器。 这种燃烧器燃烧稳定 , 运行方便 , 而且结构简单 , 可以利用 300~400Pa 的低压燃气。但炉膛过量空气系数较大 , α= 、 1.2~1.6; 排烟热损失 q2 和气体不完全燃烧热损失 q3 偏大 ; 火焰较长 , 要求炉膛容积大 ; 燃烧速度低 , 只用于很小容量的锅炉。 2. 引射式燃烧器
它的种类繁多。按燃烧方式分 , 它有部分空气预混合的本生燃烧方式和空气预混合的无焰燃烧方式两种。 所用的引射介质可以是空气 , 也可以是一定压力的燃气 , 前者需要鼓风装置。 (1) 大气式引射燃烧器 如图 3-46 所示。燃气以一定流速自喷嘴进入引射器 , 在引射器的缩口处将一次空气 ( α1=0.45~0.65) 引入 , 两者经混合后流向燃烧器头部 , 由直径为 2~10mm 的火孔流出 , 以本生火焰形式燃烧。这种燃烧器也只用于小型锅炉 , 它适用于各种低压燃气 , 而且不需要鼓风装置。但热负荷太大 , 结构笨重。 (2) 空气引射式燃烧器
如图 3-47 所示。压头为 5000~600OPa 的空气经喷嘴通过引射器的缩口处时 , 形成负压 , 把低压的燃气从四个管孔吸人 , 两种气体在混合管中混合形成均匀的气体混合物 , 它流向火孔出口 , 并在与出口处相连接的稳焰火道中燃烧。图中所示的燃烧器是与全部燃烧空气预混合的无焰燃烧器 , 炉膛出口过量空气系数小 , 燃烧强度高 , 但需要鼓风装置 , 耗电大 , 适用于带有空气预热器的阻力较大的正压锅炉。 3. 鼓风式燃烧器鼓风式燃烧器一般由分配器、燃气分流器和火道组成。种类较多 , 常用的有旋流式和平流式两 种。 这两类燃烧器的配风器与燃油燃烧器基本相似 , 燃气分流器的基本形式为单管式和多管式。其结构简单。燃烧形成的火焰特征与通常旋流式和直流式燃油燃烧器也相似 , 这里不再一一叙述。以下列举一种常用的燃气燃烧 器的例子。图 3-48 是周边供气蜗壳式燃烧器。
燃烧器得作用 燃烧器就是煤粉炉燃烧设备得主要组成部分,它得作用就是把煤粉与燃烧所需得空气送入炉膛,合理地组织煤粉气流,并良好地混合,促使燃料迅速而稳定地着火 与燃烧。 一个良好得燃烧器应具备得确良基本条件就是: (1)一二次风出口截面应保证适当得一二次风风速比; (2)出口气流有足够得扰动性,使气流能很好地混合; (3)煤粉气流得扩散角,能在一定范围内任意调节,以适应煤种变化得需要; (4)沿出口截面煤粉得分布应均匀； (5)结构应简单、紧凑，通风阻力应小。 旋流式燃烧器 1、旋流式燃烧器得工作原理 旋流式燃烧器由圆形喷口组成,燃烧器中装有各种型式得旋流发生器（简称旋流器)。煤粉气流或热空气通过旋流器时,发生旋转,从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流,能形成有利于着火得高温烟气回流区，并使气流强烈混合。 射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内得高温烟气来加热煤粉气流,当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火,火焰从内回流区得内边缘向外传播。与此同时,在旋转气流得外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区。外回流区也卷吸高温烟气来加热空气与煤
粉气流。由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风得混合比较强烈,使燃烧过程连续进行,不断发展,直至燃尽。 2、旋流式燃烧器得类型 按照旋流器得结构,旋流式燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式、切向叶片式三大类,常用得有以下几种： 单蜗壳式 蜗壳式 双蜗壳式 三蜗壳式 旋流式燃烧器 轴向叶轮式 单调风 切向叶片式 双调风 ３、双调风旋流式燃烧器 双调风旋流式燃烧器就是在单调风燃烧器得基础上发展出来得。双调风式燃烧器就是把燃烧器得二次风通道分为两部分,一部分二次风进入燃烧器得内环形通道, ,通过传动装置可使叶片同步转动,,使燃烧保持稳定。 流。增大,4图4-20 双调风旋流燃烧器
燃烧器-燃烧器 燃烧器-正文 将燃料与空气合理混合，使燃料稳定着火和完全燃烧的设备。燃烧器用于燃烧煤粉、液体燃料和气体燃料的锅炉和工业炉等。燃煤的小型锅炉一般采用层燃方式，不需燃烧器。燃烧器按所燃燃料的不同可分为煤粉燃烧器、油燃烧器和气体燃烧器3类。 煤粉燃烧器 分旋流式和直流式两种。 ①旋流式煤粉燃烧器:主要由一次风旋流器、二次风调节挡板（旋流叶片或蜗壳）和一、二次风喷口组成(图1)。它可以布置在燃烧室前墙、两侧墙或前后墙。输送煤粉的空气称为一次风，约占燃烧所需总风量的15～30％。煤粉空气混合物通过燃烧器的一次风喷口喷入燃烧室。燃烧所需的另一部分空气称为二次风。二次风经过燃烧器的调节挡板（旋流叶片或蜗壳）后形成旋转气流，在燃烧器出口与一次风汇合成一股旋转射流。射流中心形成的负压将高温烟气卷吸到火焰根部。这部分高温烟气是煤粉着火的主要热源。一次风出口的扩流锥可以增大一次风的扩散角，以加强高温烟气的卷吸作用。 燃烧器
燃烧器 燃烧器 ②直流式煤粉燃烧器:一般由沿高度排列的若干组一、二次风喷口组成（图2）,布置在燃烧室的每个角上。燃烧器的中心线与燃烧室中央的一个假想圆相切，因而能在燃烧室内形成一个水平旋转的上升气流。每组直流式燃烧器的一、二次风喷口分散布置，以适应不同煤种稳定而完全燃烧的要求，有时也考虑减少氮氧化物的生成量。 油燃烧器 它由油喷嘴和调风器组成。油喷嘴安置在调风器轴心线上，将油雾化成细滴，以一定的扩散角(也称雾化角)喷入燃烧室内，与调风器送入的空气相混后着火燃烧。油喷嘴主要有压力雾化和双流体雾化两种。压力雾化油喷嘴由分流片、旋流片和雾化片组成。油压一般为2～3兆帕。油在旋流片内产生高速旋转运动，经中心孔喷出，在离心力的作用下破碎成细滴，经雾化后的油滴平均直径在100微米以下。双流体雾化油喷嘴利用蒸汽或压缩空气作为雾化介质，使油加速而破碎雾化。用蒸汽作为雾化介质的Y型油喷嘴（图3），因蒸汽通道和油通道
实验四 旋流燃烧器空气动力场测试 一、实验目的 通过对旋流燃烧器旋转射流的轴向、径向、切向速度分布测定，可计算其实际旋流强度，确定其速度分布规律，了解扩散角、回流区、射程等情况，判断其燃烧配风的合理性。通过空间气流的测量实验获得旋转射流流动结构的感性认识。 二、实验原理 1、实际旋流强度 测定旋流燃烧器喷口断面处的速度场可求得实际旋流强度。 燃烧器出口断面分成若干个等面积圆环（图4-20），环的面积为 A 的各个环的平均半径为R i ，环内气流的平均轴向流速为w zi ， 切向流速为w yi 。这样，就可根据旋流强度的定义计算实际旋流 强度n s （4-47） 式中 D ——喷口直径，m 。 式（4-47）中面积单位为m 2，长度单位为m ，速度单位为m/s 。 实际旋流强度与理论计算值不同，这是喷口存在流动损失和中心回流使出口截面收缩所致，他们的关系为 n s =ψn （4-48） 式中 ψ——实际旋流强度系数； n ——理论计算旋流强度。 2、旋转射流速度场 旋转射流速度场的一般规律如图4-21所示。 一般，将各断面轴向速度最在值的10%处的连线定义为射流的外边界。射流外边界线的交角α称为射流的扩散角。射流轴向速度正负方向变化点的连接线称为中心回流边界线。喷口与射流终端的轴向距离称为射流的长度。射流速度为喷口初速的5%时定义为射流终端。上述旋转射流图形特性示于图4-22。 28zi i i yi zi s w A D R w Aw n ∑∑ =π
3、试验条件 燃烧器总流量计算得的雷诺数Re r应处于第二自模化区，即 Re r＞（Re lj·2）r （4-49） 式中（Re lj·2）r ——燃烧器第二临界雷诺数，参见表4-6。 三、实验设备与仪器 （1）实验设备。试验台同本节实验三。 （2）五孔探针。见本节实验二。 （3）微压计。 （4）标准毕托管。 （5）活动支架。活动支架用于支撑五孔探针（或皮托管），并使探头可按规定的测点位置要求作轴向、径向位移，不得妨碍测量杆的自身转动。 四、实验方法 （1）调整燃烧器总流量，使处于第二自模化区。再调整旋流燃烧器合适的旋流强度。 （2）用标准皮托管测量一、二次风流量和总流量（测量方法与计算见本节实验三）。 （3）用五孔探针测量射流空间速度分布（测量方法与计算见本节实验一）。 五、实验记录与实验报告 实验记录格式请同学自似。 实验报告见表4-9。 表4-9 旋转射流空气动力场测试报告 实验编号 实验名称旋流射流空气动力场试验 旋流燃烧器型式 实验日期月日实验人员 实验报告编写人 一、实验目的 二、实验原理 三、实验结果与分析 绘制旋转射流速度场，确定图形特性。分析扩散角、中心回流、射程等对燃烧影响，旋流强度合理性。 四、数据与计算汇总表
旋流燃烧器混合特性实验方案设计 如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。 要求：根据本章的知识，设计一个实验来完成以上研究工作，包括：1）阐述实验的原理、测量手段、数据处理方法，2）给出实验系统的示意图，3）描述实验的操作过程。 旋流燃烧器混合特性实验 一: 实验原理 温度场模拟浓度场，在湍流扩散的流场中，温度场和浓度场可以用相同的方程来描述，所以，可以用温度场模拟浓度场。用不同温度T 1=T 2实验，实测混合点xy 处的温度T xy （介于T 1和T 2之间，T 1>T xy > T 2）分布与浓度C xy 相似 ① 如研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C 。 ② C 1和C 2是被比拟的实际两股气流的浓度 ③ T 1和T 2是被比拟的实际两股气流的温度 2212 12xy xy T T C C T T C C --=--
④ m 1和m 2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数 则由炉膛内的各气体的质量分数,浓度及温度关系为 将实验测得的温度值代入上式即可得浓度比. 二:测量手段 将热电偶分布在炉膛内,即可测得炉膛内各点的温度 三：试验步骤 ① 将热电偶与测试系统连接； ② 打开实验装置一段时间后，装置系统进入稳定状态； ③ 读取炉膛中各点温度，并记录于表格中； ④ 整理实验数据 四：数据处理方法 设空气，燃料，烟气的质量分数分别为m 1，m 2，m 3； 被比拟的空气，燃料与烟气的浓度为C 1，C 2， C 3 被比拟的空气，燃料与烟气的温度为T 1，T 2，T 3 假设p p p p C C C C ===3,2,1, 则 1m m 321=++m xy T T m T m T m =++332211 xy C C m C m C m =++332211 由上式及测得的温度即可得出浓度比。 121,11121212122,2211122211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==??+=+=??+=?????→+=????+=+=??