Numerical Simulation of Internal and External Aerodynamic Field Under Cold Condition for Horizontal Dense-dilute Burners

武汉大学（430072） 陈伟 顾昌 严响林

【摘 要】 以PHOENICS软件为工具，对水平浓淡燃烧器出口处的空气动力场进行了数值模拟，计算结果与试验结果定性吻合。考察了钝体位置及角度对空气动力场的影响，得出了在各种工况下的流动图谱，总结了燃烧器出口处轴向速度、径向速度和切向速度的分布规律。
【关键词】 燃烧器 回流区 空气动力场 数值模拟

Abstract：The numerical simulation on the horizontal dense-dilute burner is conducted by the software of PHOENICS, the result of the calculation and the experimental result is qualitative concordance. The effect on the areadynamic fields is considered through the position and angle of the blunt-body. The fluent graghs of all kinds of work condition are gained, and the regularities of distribution of axis velocity、radial velocity and tangential velocity on the burner is generalized.
Keywords: burners, circulation area, area dynamic field, numerical simulation

1 引言

所谓浓淡燃烧技术，是一种采用新型燃烧器，使煤粉浓缩的技术。其基础是通过燃烧器前的浓缩结果，把一次风粉气流分离成浓淡两股，获得高浓度煤粉气流。利用高浓度煤粉气流量具有火焰温度低，火焰传播速度快，着火距离短等优点，能有效改善和稳定着火。同时，由于煤粉燃烧初期一次风率比较低，也大大降低了NO_X的生成。
由于浓淡燃烧技术着火稳燃特性良好，近年来得到了广泛的应用，尤其是在直流煤粉燃烧器的改造中。本文针对水平浓淡稳燃腔燃烧器（见图1）出口冷态流场进行了数值模拟，作为有效的分析模型和处理方法，为水平浓淡燃烧器的内外部流场及燃烧的预测分析奠定了基础。

图1 水平浓淡稳燃腔燃烧器结构图

2 模型的建立

本文的计算对象燃烧器形状结构比较复杂，如果要完全模拟其流场，燃烧器几何文件的生成、网格的划分都要占用大量的计算机内存和计算时间，所以有必要进行建模优化即几何简化处理，考虑到计算机内存以及干扰阻力占气动阻力的很小部分，在燃烧器实体建模时，对表面作平滑处理。建模时对水平浓淡分离块、钝体及稳燃腔作光滑处理。
2.1 CAD建模方法
由于燃烧器形状的复杂性，直接在PHOENICS中建模极为不便。PHOENICS的前处理器提供了多种CAD的接口方式。由于PHOENICS只识别ASCⅡ格式的STL文件，所以需将CAD保存为STL格式，即可将模型转换成PHOENICS可识别的文件。
本文建立的燃烧器实体模型如图2所示：

图2 燃烧器实体模型

2.2 边界条件的设定和网格的划分
在PHOENICS中提供了两种网格的构造方式，非正交贴体网格和直角形网格(笛卡儿网格)，但正交贴体网格畸变较大时可能会发生困难，所以PHOENICS提倡采用直角形网格(笛卡儿网格)，并提供了网格局部加密功能与网格被边界切割的补偿功能(PARSOL)与之相配合。PHOENICS默认不设任何边界条件：所有边界对流体不产生流入(出)、无摩擦、绝热，表现出对称面或轴的特征：PHOENICS设置边界条件以源项的形式加入。
在计算完一个较大的计算区域后，可以根据流场的特点，适当的对局部网格进行加密处理，以期望得到某部分流场的流动特性。
水平浓淡煤粉燃烧器的冷态模拟实验在大空间进行，基于实验结果，燃烧器出口流场的冷态模拟空间定为0.9m×0.5m×0.8m，划分网格为70×50×6个，这样划分是考虑到燃烧器喷口为矩形喷口，在X方向和Y方向做精细的网格划分，一是便于更确切的反映出个别截面的物理特性，还便于取数据截面，进行各截面的速度比较。
通过设定各个方向的网格POWER值，使网格在水平浓淡分离块、钝体及本文比较关注的燃烧器出口处的回流区较密一些，而在燃烧器内部部分稀疏一些。
 

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