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气体燃烧室中热流场与生成NOx浓度场的数值模拟研究

张诺楠 郭韵

张诺楠, 郭韵. 气体燃烧室中热流场与生成NOx浓度场的数值模拟研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(4): 347-352. doi: 10.12299/jsues.22-0107
引用本文: 张诺楠, 郭韵. 气体燃烧室中热流场与生成NOx浓度场的数值模拟研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(4): 347-352. doi: 10.12299/jsues.22-0107
ZHANG Nuonan, GUO Yun. Numerical simulation of heat flow field and NOx concentration field in gas combustor[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(4): 347-352. doi: 10.12299/jsues.22-0107
Citation: ZHANG Nuonan, GUO Yun. Numerical simulation of heat flow field and NOx concentration field in gas combustor[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(4): 347-352. doi: 10.12299/jsues.22-0107

气体燃烧室中热流场与生成NOx浓度场的数值模拟研究

doi: 10.12299/jsues.22-0107
基金项目: 国家自然科学基金项目资助(51606116);上海市科委长三角科技联合攻关领域项目资助(19195810800)
详细信息
    作者简介:

    张诺楠(1996−),女,在读硕士,研究方向为能源装备与过程控制. E-mail: zhangnuonan1996@163.com

    通讯作者:

    郭 韵(1976−),女,副教授,博士,研究方向为清洁能源. E-mail: graceguo1980@126.com

  • 中图分类号: TK17

Numerical simulation of heat flow field and NOx concentration field in gas combustor

  • 摘要:

    对于一种燃气燃烧器,选取合适的燃烧室尺寸进行匹配,进而构成一个完整的计算区域. 天然气燃料和助燃空气通过该燃气燃烧器喷入燃烧室实现完整燃烧过程. 通过简化燃气燃烧器完成几何建模,使用热流与燃烧分析软件对计算区域进行数值模拟,选用Realizable k-ε湍流模型、ED燃烧模型、DO辐射模型及热力型NOx生成模型,探究过量空气系数α对该燃气燃烧器燃烧过程的影响,得出其温度场及生成NOx浓度场的相关云图及分布情况并进行分析. 当过量空气系数α = 1.1时,NOx浓度最大. 研究结果可为相关研究实验和设计低NOx燃烧器提供参考依据.

  • 图  1  燃气燃烧器三维模型简图

    Figure  1.  Three-dimensional model diagram of gas burner

    图  2  完整的流体计算区域示意图

    Figure  2.  Complete schematic diagram of fluid computing area

    图  3  4种不同网格数量的温度分布及速度分布曲线

    Figure  3.  Four kinds of temperature distribution and velocitydistribution curves with different grid numbers

    图  4  最终确定的网格划分示意图

    Figure  4.  Final grid division diagram

    图  5  不同过量空气系数下计算域中心截面的轴向温度云图(Y = 1 m)

    Figure  5.  Axial temperature nephogram of central section of calculation domain under different excess air coefficients (Y = 1 m)

    图  6  不同过量空气系数下计算域中心截面的径向温度云图(Z = 1 m)

    Figure  6.  Radial temperature nephogram of central section of calculation domain under different excess air coefficients (Z = 1 m)

    图  7  不同过量空气系数下计算域中心截面的氮氧化物分布云图

    Figure  7.  Clouds of nitrogen oxide distribution in the central section of calculation domain under different excess air coefficients

    图  8  不同过量空气系数下燃烧室出口的NOx浓度分布曲线

    Figure  8.  Distribution curve of NOx concentration at outlet of combustion chamber under different excess air coefficients

    表  1  燃烧室模型相关尺寸

    Table  1.   Combustion chamber model related dimensions

    半径/m长度/m半径长度比出口半径/m出口角度/(°)
    0.41.80.2220.17550
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    表  2  采用的求解模型

    Table  2.   Adoption of solving model

    求解模型采用形式
    湍流模型Realizable k-ε模型
    燃烧模型涡耗散ED模型
    辐射模型DO辐射模型
    NOx形成模型热力型NOx模型
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    表  3  残差参考值设定

    Table  3.   Residual reference value setting

    残差监控DOEnergy其他项
    设定值10−610−610−3
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    表  4  4种网格数量与网格节点数量

    Table  4.   Four kinds of grids numbers and grid nodes numbers

    网格编号网格数量网格节点数量
    151634590881
    21192578203881
    31532122261444
    42010254342451
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  • 收稿日期:  2022-05-02
  • 刊出日期:  2022-12-30

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