一种醇基燃料燃烧器热态特征测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及醇基燃料设备研究技术领域，特别涉及一种燃烧器热态特征测量方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内外都投入了大量的资金和技术力量对清洁醇基燃料的利用进行攻关，但清洁醇基燃料仍未被广泛应用，主要原因是燃烧装置的问题未得到有效解决。醇基燃料燃烧排放无积碳、粉尘，且二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳等排放含量极其微小，在燃烧和热利用上有很大的优越性。只有对燃烧设备进行紧凑有效的设计，才能将醇基燃料的优越性充分发挥。其中，燃烧器是燃烧装置中最重要的部分，对燃烧装置进行改进的依据是其燃烧器的热态特征，因此对燃烧器的热态特征测量研究也同样重要。
[0003]我公司的专利《一种新型醇基燃料旋流雾化燃烧器》在燃烧工作过程中，其物理、化学过程是一个复杂的湍流流动、传热及燃烧的三维过程。由于过程的复杂性燃料的多变性，迄今为止，对该过程的设计和运行缺乏成熟的理论和经验，往往需要冷态及热态试验来确定运行和设计参数，因为试验具有直观、可靠等优点，可以直接用来指导产品的设计生产和制造。但是试验周期长，耗资巨大，且很难得到全面、满意的数据。制造全尺寸模型的试验台已不切实际，对现场实际运行的燃烧器直接进行空气动力场的测量，以及对燃烧器内燃烧、流动、传热整体规律特性进行测量几乎是不可能的，所以，通过试验指导锅炉设计存在很大的局限性。
[0004]随着计算机技术以及计算流体力学、计算传热学、计算燃烧学等学科的发展，计算机模拟技术得到了飞速发展。以CFD为基础的数值模拟日益成为各国能源动力领域的研究者们用来研究燃烧器内复杂物理、化学过程的重要手段。数值模拟方法速度快，获得的信息量大，能全而预报燃烧器内的流动、传热和燃烧过程，为燃烧器的设计、运行和改造提供重要的参考依据，具有重要的工程应用价值。因而，通过燃烧器物理、化学过程的全模拟数值计算，分析燃烧器内的空气动力场、温度场，来对燃烧过程中NOX的生成做出预报成为可行的研究手段。
【发明内容】
[0005]基于此，本发明提供一种燃烧器热态特征测量方法，能准确反映燃烧器的燃烧机理，为燃烧器的改进提供数据指导。
[0006]其技术方案如下:
[0007]所述燃烧器热态特征测量方法，包括如下步骤:
[0008](I)建立用于模拟燃烧器燃烧状况的计算模型；
[0009](2)根据燃烧器的结构特征选取代表截面，对所述代表截面进行网格划分，得到对应的网格模型；
[0010](3)设置所述网格模型的初始边界条件；
[0011](4)根据所述计算模型及设置了初始边界条件后的网格模型，测量出各代表截面的速度场、温度场、组分场。
[0012]步骤(I)中，所述建立用于模拟燃烧器燃烧状况的计算模型，具体包括以下步骤:
[0013]建立燃烧器的湍流流动模型和辐射传热模型。
[0014]具体的，步骤⑷中所述组分场包括O2浓度场、CO 2浓度场、CO浓度场、C 2Η50Η浓度场、CH3OH浓度场。
[0015]步骤(3)中，设置所述网格模型的初始边界条件，具体包括以下步骤:
[0016]设置燃料的组分及物态；设置火焰参数；设置燃料消耗量；设置过量空气系数；设置压力速度的耦合采用SIMPLE算法求解。
[0017]所述燃烧器热态特征测量方法在步骤(4)后进一步包括以下步骤:
[0018]根据各代表截面的速度场、温度场、组分场对燃烧器热态特征进行分析，根据分析结果对燃烧器进行改造。
[0019]上述燃烧器热态特征测量方法通过建立计算模型，得到燃烧器内各个代表截面的速度场、温度场和组分场，从燃烧机理角度认识燃烧器区别于传统燃烧器的技术领先性，从理论上了解其设计合理性，且该燃烧器热态特征测量方法测试周期短、测量精度高，能为燃烧器的应用和推广提供重要的理论指导和技术保证。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例所述的燃烧器热态特征测量方法的流程图；
[0021]图2为本发明实施例中的代表截面的示意图；
[0022]图3为本发明实施例中的中心截面的网格模型示意图；
[0023]图4为本发明实施例中的Pl截面的网格模型示意图；
[0024]图5为本发明实施例中的中心截面温度场的示意图；
[0025]图6为本发明实施例中的Pl截面温度场的示意图；
[0026]图7为本发明实施例中的P2截面温度场的示意图；
[0027]图8为本发明实施例中的P3截面温度场的示意图；
[0028]图9为本发明实施例中的中心截面速度场的示意图；
[0029]图10为本发明实施例中的中心截面02浓度场的示意图；
[0030]图11为本发明实施例中的中心截面0)2浓度场的示意图；
[0031]图12为本发明实施例中的中心截面CO浓度场的示意图；
[0032]图13为本发明实施例中的中心截面C2H5OH浓度场的示意图；
[0033]图14为本发明实施例中的中心截面CH3OH浓度场的示意图。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0035]参照图1所示，本发明还提供一种燃烧器热态特征测量方法，能准确反映燃烧器的燃烧机理，为燃烧器的改进提供数据指导。所述燃烧器热态特征测量方法，包括如下步骤:
[0036]步骤SlOl:建立用于模拟燃烧器燃烧状况的计算模型；
[0037]本实施例采用ANSYS FLUENT 14.0软件对开发的燃烧器进行基于计算流体力学(CFD)技术的数值模拟，从燃烧机理角度认识该燃烧器区别于传统燃烧器的技术领先性和创新性，从理论上解释清楚其设计合理性，从而为今后该类型燃烧器的推广应用提供重要的理论指导和技术保证；
[0038]考虑到计算模型的可靠性，在其中一个实施例中，建立湍流流动模型和辐射传热模型模拟燃烧器的燃烧状况；在本实施例中，选用了标准k- ε模型作为湍流流动模型，DO辐射模型作为射传热模型。
[0039]步骤S102:根据燃烧器的结构特征选取代表截面，对所述代表截面进行网格划分，得到对应的网格模型；
[0040]在本实施例中，根据燃烧器的结构特征，以其结果尺寸为依据选取代表截面，如图2所示，为本实施例中选择的代表截面的示意图，代表截面包括:
[0041 ] (I)中心截面(X = O)
[0042](2)Pl:下层空气喷口横截面(ζ = 5.414mm)
[0043](3)P2:中间层空气喷口横截面(ζ = 20.414mm)
[0044](4)P3:上层空气喷口横截面(z = 35.414mm