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《燃气燃烧器空气旋流对回流区尺寸的影响_仇性启》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、石油化工设备技术,1999,20(2)·35·工业炉Petro-ChemicalEquipmentTechnology燃气燃烧器空气旋流对回流区尺寸的影响仇性启毛羽时铭显孙毅蒋元丁郎清江蔡建光石油大学(北京)100083中国石化集团北京设计院100011摘要利用Phoenics程序对美国JohnZink公司的重整加热炉燃气火嘴进行了数值模拟,并研究了不同的空气切向速度对回流区尺寸的影响。关键词燃烧器旋流回流区数值模拟当在喷口上游给流体施加旋转运动时,可在射uj2ui+-ij+gi(2)流场内部建立起回流区,这个回流区具有环形旋涡
2、xjxi3xj的形状,它在燃烧器火焰稳定方面起着较大作用,这组分方程:(ms)+(ujms)txj是因为它构成了燃烧产物的良好混合区,并在靠近ms=s-ujms(3)燃烧器出口的射流中心部分起着储存热量和化学活xjxj性物质的作用。火焰参数(如稳定性和燃烧强度)以能量方程:(h)+(ujh)txj及燃烧产物在燃烧室中的停留时间的分布情况,均h依赖于旋涡的尺寸和强度。因此,确定旋涡的这些参=h-ujms(4)xjxj数作为喷管几何形状和进口流动条件的函数是有意均流控制方程的一般形
3、式:义的。本文利用数值计算方法对美国JohnZink公()+(u)=-uj+S司的重整加热炉燃气火嘴进行了计算,并研究了不txjxjxj同的空气切向速度对回流区尺寸的影响。(5)1基本理论、计算模型及假设以上式中:t——时间;燃气燃烧过程的主要控制因素是燃烧速率。在——流体密度;层流燃烧中,燃烧速率取决于分子交换过程;在湍流ui,uj——i,j方向流体速度分量;燃烧过程中,燃烧速率取决于湍流状态下的质量和ui,uj——i,j方向的脉动速度分量;动量交换过程。工业装置中所涉及到的燃烧均为湍xi,
4、xj——i,j方向坐标;流燃烧过程,因此对湍流流动过程的数学描述是进p——流体压力;行湍流燃烧计算的基础。——流体分子动力粘性系数;1.1基本方程ij——克罗内克尔函数;将时均化方法应用于流体力学基本控制方程gi——流体在i方向的体积力;〔1〕组,得到了描述湍流流动的基本方程组,这里忽略ms——s组分体积浓度;了包含密度脉动的关联项,因为与别的关联项相比s——s组分的分子扩散系数;它们都是小量。h——流体焓;连续方程:+(uj)=0(1)txj(ui)收稿日期:1998-05-15动量方程:+(ujui)tx
5、j作者简介:仇性启,1982年毕业于华东石油学院(现名中国石油大pui学)机械系化工机械专业。从事化工机械的研究和教学工作,现任该=-+-uiujxixjxj校化机教研室副主任、副教授。·36·石油化工设备技术1999年h——热焓的分子扩散系数;C2=1.92-0.0667f(13)0.2——流场通用输运变量;1UaxUax其中:f=-/(Umax-Umin)2xx——的湍流脉动;(14)——的分子扩散系数;式中:U——主流方向的均流速度,下标ax表示对S——的输运方程之源项。称轴上的量
6、;方程(5)中出现了通常称之为变量的湍流输x——主流方向;运通量(-uj)。湍流输运通量是未知的,它的出——混合区的径向宽度。现使得体系中未知数的数目超过了独立方程的数1.3计算假设目,无法从中得到描述湍流均流状态的确定解,可选由于计算目的只在于考察旋流数对回流尺寸的用不同的计算模型对该方程组加以封闭。影响,故作如下假设:1.2计算模型选用〔2〕a)炉膛内的烟气中既没有燃气,也没有氧气,即参照前人的工作,本文采用K—双方程模烟气为一种惰性组分;型,在该模型中湍流粘性系数(t)的表达式如下:22b)将燃气、空气和烟气都看作
7、单一组分的气t=CuCDk/=0.09/(6)体,且均是理想气体;其中湍流动能耗散率()的定义式为:23/2c)计算介质为燃气、空气及烟气组成的混合气uik≡=CD(7)体,三种组分的相互扩散系数均相等。xjl2计算区域的确定与网格的划分式中:——流体分子运动粘性系数;2.1计算区域的确定k——流体湍流动能;图1为美国JohnZink公司的燃气燃烧器组装l——湍流长度尺度。图。K—模型的基本形式如下:(k)+(ujk)txjkuiujui=k+t+-(8)xjxjxjxixj
8、2()(uj)Pk+=+C1-C2(9)txjxjxjk式中:Pk——湍流动能k的产生项。k的湍流交换系数k的定义式为:k=t/k(10)的湍流
