09第九章-煤粉燃烧特性研究汇总.ppt
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1、第一节第一节 煤粉燃烧模化研究煤粉燃烧模化研究 n为了深入地研究某个现象,如流体的流动过为了深入地研究某个现象,如流体的流动过程,可以用物理模化的方法进行研究。程,可以用物理模化的方法进行研究。n燃烧过程的物理模化,提供了如下的可能性:燃烧过程的物理模化,提供了如下的可能性:(1)用模型对现象进行实验研究;)用模型对现象进行实验研究;(2)对个别的试验结果作广泛的推广;)对个别的试验结果作广泛的推广;(3)对复杂的方程可得出很简单的分析解和通)对复杂的方程可得出很简单的分析解和通用的数值解;用的数值解;(4)从一个具体的物理过程中所得出的分析解,)从一个具体的物理过程中所得出的分析解,推广到其
2、他相似的过程中去。推广到其他相似的过程中去。一、相似与模化一、相似与模化 相似的概念相似的概念n相似概念是由初等几何学中借用来的。相似概念是由初等几何学中借用来的。n这样一类物理现象,如果它们所有的特征量这样一类物理现象,如果它们所有的特征量都相似,即所有向量在几何上相似,所有的都相似,即所有向量在几何上相似,所有的标量都相应地标量都相应地(即在对应的空间点上和对应的即在对应的空间点上和对应的时刻时刻)成比例,则称为是相似的。成比例,则称为是相似的。n空间空间(几何几何)相似相似n时间相似时间相似(谐时性谐时性)。时间相似就是对应。时间相似就是对应的时间间隔成比例的时间间隔成比例n运动相似。运
3、动相似即速度场运动相似。运动相似即速度场(及加速度及加速度场场)的几何相似。的几何相似。n动力相似。动力相似即力场的几何相似。动力相似。动力相似即力场的几何相似。n温度温度(浓度、压力等标量浓度、压力等标量)相似。相似。n物理相似实际上可以归结为标量场和向物理相似实际上可以归结为标量场和向量场的几何相似。量场的几何相似。基本条件基本条件n物理条件;物理条件;n空间条件;空间条件;n时间条件;时间条件;n边界条件;边界条件;n相似准则。相似准则。n当雷诺数当雷诺数Re2300时,管道中粘性流体处在时,管道中粘性流体处在层流运动状态,这个自模区就叫做不可压缩层流运动状态,这个自模区就叫做不可压缩粘
4、性流体定常有压流动的第一自模区。这时粘性流体定常有压流动的第一自模区。这时层流流动的阻力系数层流流动的阻力系数经推导结果和雷诺数的经推导结果和雷诺数的关系是关系是 =64/Re二、相似准则和燃烧过程的相似二、相似准则和燃烧过程的相似 相似准则相似准则n所谓相似准则,指的是两个物理现象的相似所谓相似准则,指的是两个物理现象的相似(或模型和原型之间的相似或模型和原型之间的相似)在对应坐标点上在对应坐标点上必须遵守的准则数,也称之为相似定数。必须遵守的准则数,也称之为相似定数。n在两个相似系统中佛鲁德数为定值:在两个相似系统中佛鲁德数为定值:n欧拉欧拉(Eular)数数n雷诺数雷诺数n以上准则中,出
5、已知量以上准则中,出已知量(单值条件所给定的单值条件所给定的量量)组成的相似准则,叫做已定相似准则;组成的相似准则,叫做已定相似准则;出于现象相似的结果而得出另外的准则,出于现象相似的结果而得出另外的准则,称为待定相似准则。待定相似准则对已定称为待定相似准则。待定相似准则对已定相似准则的函数关系叫做准则方程。相似准则的函数关系叫做准则方程。燃烧过程的相似准则燃烧过程的相似准则n燃烧过程的相似首先要求流动和传热传质过燃烧过程的相似首先要求流动和传热传质过程的相似,这就要遵守许多相似准则:程的相似,这就要遵守许多相似准则:n施密特施密特(Schmit)准则准则Scn达姆克勒达姆克勒(Damkohl
6、er)第一准则第一准则DIn普朗持普朗持(Prandtl)数数Prn达姆克勒达姆克勒(Damkohler)第三准则第三准则D三、流动过程的相似条件和模化方法三、流动过程的相似条件和模化方法 相似条件相似条件n模型和原型几何相似模型和原型几何相似n物性条件相似。物性条件相似。n时间条件相似。时间条件相似。n气体流动处于第二自模化区。气体流动处于第二自模化区。n模型和原型的欧拉数相等。模型和原型的欧拉数相等。n射流相互作用条件相似。射流相互作用条件相似。n以上六个相似条件。以上六个相似条件。模化方法模化方法1、水力摸化、水力摸化n以水作为流动介质。以水作为流动介质。2、气体动力模化、气体动力模化n
7、气体动力模化简称为气模。气体动力模化简称为气模。3、燃烧模化、燃烧模化n燃烧模化又称热态模化燃烧模化又称热态模化四、燃烧过程的近似模化及其应用四、燃烧过程的近似模化及其应用 流动过程流动过程(包括热态包括热态)的相似要具备下列条件:的相似要具备下列条件:n几何相似;几何相似;n运动学相似;运动学相似;n动力学相似;动力学相似;n热力学相似;热力学相似;n化学过程相似;化学过程相似;n燃烧过程的工况组织要相似。燃烧过程的工况组织要相似。n两相流动的相似。两相流动的相似。n 要保持上述条件相似,可以推导出较多的相要保持上述条件相似,可以推导出较多的相似准则。准则方程为似准则。准则方程为n式中,式中
8、,Nu为努谢尔持准则;为努谢尔持准则;Ho为均时性准为均时性准则;则;Re为雷诺准则;为雷诺准则;Fr为佛鲁德准则;为佛鲁德准则;Ar为为阿基米德准则;阿基米德准则;Gr为葛拉晓夫准则;为葛拉晓夫准则;Eu为欧为欧拉准则;拉准则;st为斯托克斯准则。为斯托克斯准则。1、燃烧器出口流场的近似模化及热态模化、燃烧器出口流场的近似模化及热态模化n严格保持几何相似;严格保持几何相似;n流动进入第二自模化区;流动进入第二自模化区;n燃烧器多股射流之间的动量比相等。燃烧器多股射流之间的动量比相等。在这些条件下,研究燃烧器出口流场的内容包在这些条件下,研究燃烧器出口流场的内容包括以下几个方面。括以下几个方面
9、。(a)燃烧器阻力特性的研究)燃烧器阻力特性的研究(b)燃烧器出口速度分布均匀性的研究)燃烧器出口速度分布均匀性的研究(c)燃烧器出口气流的衰减特性)燃烧器出口气流的衰减特性(d)燃烧器出口气流结构的研究)燃烧器出口气流结构的研究(e)燃烧器的热态模化)燃烧器的热态模化2、炉膛模化、炉膛模化n炉膛模化的方法尽管很多,归纳起来主要有炉膛模化的方法尽管很多,归纳起来主要有两种:一种是纯几何相似模化方法,另一种两种:一种是纯几何相似模化方法,另一种是矫形模化方法。是矫形模化方法。n(1)纯几何相似模化。)纯几何相似模化。(2)矫形模化方法)矫形模化方法n为了模拟煤粉燃烧引起气流密度的变化,为了模拟煤
10、粉燃烧引起气流密度的变化,Thring-Newby提出,模型燃烧器的截面应按提出,模型燃烧器的截面应按关系式关系式n放大,式中,放大,式中,f,f0,分别为模型燃烧器和原,分别为模型燃烧器和原型燃烧器的截面积;型燃烧器的截面积;0为送入燃烧器的空气为送入燃烧器的空气密度;密度;g为炉膛持征截面处的烟气密度;为炉膛持征截面处的烟气密度;L为为模型缩小比例。模型缩小比例。n这个法则的物理本质,是将已着火并燃尽的这个法则的物理本质,是将已着火并燃尽的烟气,全部从燃烧器送入炉膛。事实上煤粉烟气,全部从燃烧器送入炉膛。事实上煤粉气流并不是一出燃烧器喷口就完成了整个燃气流并不是一出燃烧器喷口就完成了整个燃
11、烧过程,因此,仍有一定误差。烧过程,因此,仍有一定误差。nZelkowski则提出,将适当放大的燃烧器后移则提出,将适当放大的燃烧器后移一段距离,使射流的初速度一段距离,使射流的初速度w0和炉膛特征截和炉膛特征截面的平均流速面的平均流速u之比,满足均时性准则,即之比,满足均时性准则,即 电站锅炉炉内空气动力场冷态模化电站锅炉炉内空气动力场冷态模化n新安装的锅炉或经过燃烧器改造和大修后的电新安装的锅炉或经过燃烧器改造和大修后的电站锅炉,一般都要进行炉内空气动力场试验。站锅炉,一般都要进行炉内空气动力场试验。它的目的一方面是检查锅炉安装或维修后的质它的目的一方面是检查锅炉安装或维修后的质量,另一方
12、面是提供锅炉热态运行的依据,如量,另一方面是提供锅炉热态运行的依据,如燃烧器各通风管道的风量平衡、风门的调节恃燃烧器各通风管道的风量平衡、风门的调节恃性、炉内气流分布的均匀性,等等。性、炉内气流分布的均匀性,等等。3、燃烧过程冷热态模化的相似程度燃烧过程冷热态模化的相似程度 n冷态和热态下流动过程大体相似,其理论分析冷态和热态下流动过程大体相似,其理论分析如下;如下;(1)冷热态的流场处在强烈扰动的湍流区。冷热态的流场处在强烈扰动的湍流区。(2)冷热态均是近似的等温流动。冷热态均是近似的等温流动。(3)燃烧流动的两相过程有时可以作为均相处理。燃烧流动的两相过程有时可以作为均相处理。nSpald
13、ing在综合了大量冷热态模化试验结果后在综合了大量冷热态模化试验结果后认为:冷热态过程的变化规律相同,燃料化学认为:冷热态过程的变化规律相同,燃料化学反应产生的热量,对流场的影响不大。反应产生的热量,对流场的影响不大。第二节第二节 煤粉燃烧实验研究煤粉燃烧实验研究 n模化研究主要侧重于燃烧设备的特性,对于模化研究主要侧重于燃烧设备的特性,对于煤的燃烧特性,研究者一般采用热天平等设煤的燃烧特性,研究者一般采用热天平等设备,研究煤的热解特性、着火特性、燃烧反备,研究煤的热解特性、着火特性、燃烧反应速度、燃尽程度、结渣特性等。应速度、燃尽程度、结渣特性等。一、煤的热解特性研究一、煤的热解特性研究n热
14、解是煤燃烧过程中重要的初始过程,对着火热解是煤燃烧过程中重要的初始过程,对着火有极大的影响,同时对污染物的形成起着重要有极大的影响,同时对污染物的形成起着重要的作用。因此,对煤热解的理论和试验研究受的作用。因此,对煤热解的理论和试验研究受到越来越多的人们的重视。到越来越多的人们的重视。热天平热天平在程序控制温度下,测量物质质量与温度关系,在程序控制温度下,测量物质质量与温度关系,记录质量随温度变化关系得到的曲线称作热重曲记录质量随温度变化关系得到的曲线称作热重曲线(或线(或TG曲线)。微商曲线)。微商DTG曲线。曲线。测量物质和参比物的温度差和温度关系测量物质和参比物的温度差和温度关系DTA1
15、出气口 2样品 3天平 4配重 5进气口 6套筒 二、煤的着火特性研究二、煤的着火特性研究n通过对煤着火机理的研究,煤的均相着火和通过对煤着火机理的研究,煤的均相着火和非均相着火机理己为人们普遍接受。非均相着火机理己为人们普遍接受。n采用热天平研究煤的着火特性得到了广泛的应采用热天平研究煤的着火特性得到了广泛的应用。通过得到的用。通过得到的TG曲线和曲线和DTG曲线来确定着曲线来确定着火点,进而对煤的着火特性进行比较也是研究火点,进而对煤的着火特性进行比较也是研究者常用的方法。一般常见的在热天平上定义着者常用的方法。一般常见的在热天平上定义着火点的方法有:火点的方法有:TG-DTG法、温度曲线
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