一種醇基燃料燃燒器熱態特征測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醇基燃料設備研究技術領域，特別涉及一種燃燒器熱態特征測量方法。
【背景技術】
[0002]目前，國內外都投入了大量的資金和技術力量對清潔醇基燃料的利用進行攻關，但清潔醇基燃料仍未被廣泛應用，主要原因是燃燒裝置的問題未得到有效解決。醇基燃料燃燒排放無積碳、粉塵，且二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳等排放含量極其微小，在燃燒和熱利用上有很大的優越性。只有對燃燒設備進行緊湊有效的設計，才能將醇基燃料的優越性充分發揮。其中，燃燒器是燃燒裝置中最重要的部分，對燃燒裝置進行改進的依據是其燃燒器的熱態特征，因此對燃燒器的熱態特征測量研究也同樣重要。
[0003]我公司的專利《一種新型醇基燃料旋流霧化燃燒器》在燃燒工作過程中，其物理、化學過程是一個復雜的湍流流動、傳熱及燃燒的三維過程。由于過程的復雜性燃料的多變性，迄今為止，對該過程的設計和運行缺乏成熟的理論和經驗，往往需要冷態及熱態試驗來確定運行和設計參數，因為試驗具有直觀、可靠等優點，可以直接用來指導產品的設計生產和制造。但是試驗周期長，耗資巨大，且很難得到全面、滿意的數據。制造全尺寸模型的試驗臺已不切實際，對現場實際運行的燃燒器直接進行空氣動力場的測量，以及對燃燒器內燃燒、流動、傳熱整體規律特性進行測量幾乎是不可能的，所以，通過試驗指導鍋爐設計存在很大的局限性。
[0004]隨著計算機技術以及計算流體力學、計算傳熱學、計算燃燒學等學科的發展，計算機模擬技術得到了飛速發展。以CFD為基礎的數值模擬日益成為各國能源動力領域的研究者們用來研究燃燒器內復雜物理、化學過程的重要手段。數值模擬方法速度快，獲得的信息量大，能全而預報燃燒器內的流動、傳熱和燃燒過程，為燃燒器的設計、運行和改造提供重要的參考依據，具有重要的工程應用價值。因而，通過燃燒器物理、化學過程的全模擬數值計算，分析燃燒器內的空氣動力場、溫度場，來對燃燒過程中NOX的生成做出預報成為可行的研究手段。
【發明內容】
[0005]基于此，本發明提供一種燃燒器熱態特征測量方法，能準確反映燃燒器的燃燒機理，為燃燒器的改進提供數據指導。
[0006]其技術方案如下:
[0007]所述燃燒器熱態特征測量方法，包括如下步驟:
[0008](I)建立用于模擬燃燒器燃燒狀況的計算模型；
[0009](2)根據燃燒器的結構特征選取代表截面，對所述代表截面進行網格劃分，得到對應的網格模型；
[0010](3)設置所述網格模型的初始邊界條件；
[0011](4)根據所述計算模型及設置了初始邊界條件后的網格模型，測量出各代表截面的速度場、溫度場、組分場。
[0012]步驟(I)中，所述建立用于模擬燃燒器燃燒狀況的計算模型，具體包括以下步驟:
[0013]建立燃燒器的湍流流動模型和輻射傳熱模型。
[0014]具體的，步驟⑷中所述組分場包括O2濃度場、CO 2濃度場、CO濃度場、C 2Η50Η濃度場、CH3OH濃度場。
[0015]步驟(3)中，設置所述網格模型的初始邊界條件，具體包括以下步驟:
[0016]設置燃料的組分及物態；設置火焰參數；設置燃料消耗量；設置過量空氣系數；設置壓力速度的耦合采用SIMPLE算法求解。
[0017]所述燃燒器熱態特征測量方法在步驟(4)后進一步包括以下步驟:
[0018]根據各代表截面的速度場、溫度場、組分場對燃燒器熱態特征進行分析，根據分析結果對燃燒器進行改造。
[0019]上述燃燒器熱態特征測量方法通過建立計算模型，得到燃燒器內各個代表截面的速度場、溫度場和組分場，從燃燒機理角度認識燃燒器區別于傳統燃燒器的技術領先性，從理論上了解其設計合理性，且該燃燒器熱態特征測量方法測試周期短、測量精度高，能為燃燒器的應用和推廣提供重要的理論指導和技術保證。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例所述的燃燒器熱態特征測量方法的流程圖；
[0021]圖2為本發明實施例中的代表截面的示意圖；
[0022]圖3為本發明實施例中的中心截面的網格模型示意圖；
[0023]圖4為本發明實施例中的Pl截面的網格模型示意圖；
[0024]圖5為本發明實施例中的中心截面溫度場的示意圖；
[0025]圖6為本發明實施例中的Pl截面溫度場的示意圖；
[0026]圖7為本發明實施例中的P2截面溫度場的示意圖；
[0027]圖8為本發明實施例中的P3截面溫度場的示意圖；
[0028]圖9為本發明實施例中的中心截面速度場的示意圖；
[0029]圖10為本發明實施例中的中心截面02濃度場的示意圖；
[0030]圖11為本發明實施例中的中心截面0)2濃度場的示意圖；
[0031]圖12為本發明實施例中的中心截面CO濃度場的示意圖；
[0032]圖13為本發明實施例中的中心截面C2H5OH濃度場的示意圖；
[0033]圖14為本發明實施例中的中心截面CH3OH濃度場的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0035]參照圖1所示，本發明還提供一種燃燒器熱態特征測量方法，能準確反映燃燒器的燃燒機理，為燃燒器的改進提供數據指導。所述燃燒器熱態特征測量方法，包括如下步驟:
[0036]步驟SlOl:建立用于模擬燃燒器燃燒狀況的計算模型；
[0037]本實施例采用ANSYS FLUENT 14.0軟件對開發的燃燒器進行基于計算流體力學(CFD)技術的數值模擬，從燃燒機理角度認識該燃燒器區別于傳統燃燒器的技術領先性和創新性，從理論上解釋清楚其設計合理性，從而為今后該類型燃燒器的推廣應用提供重要的理論指導和技術保證；
[0038]考慮到計算模型的可靠性，在其中一個實施例中，建立湍流流動模型和輻射傳熱模型模擬燃燒器的燃燒狀況；在本實施例中，選用了標準k- ε模型作為湍流流動模型，DO輻射模型作為射傳熱模型。
[0039]步驟S102:根據燃燒器的結構特征選取代表截面，對所述代表截面進行網格劃分，得到對應的網格模型；
[0040]在本實施例中，根據燃燒器的結構特征，以其結果尺寸為依據選取代表截面，如圖2所示，為本實施例中選擇的代表截面的示意圖，代表截面包括:
[0041 ] (I)中心截面(X = O)
[0042](2)Pl:下層空氣噴口橫截面(ζ = 5.414mm)
[0043](3)P2:中間層空氣噴口橫截面(ζ = 20.414mm)
[0044](4)P3:上層空氣噴口橫截面(z = 35.414mm