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低热值煤气燃烧过程的数值模拟与实验研究

张健  
【摘要】: 在工业生产某些过程中有大量的低热值煤气产生,由于含有大量惰性气体,因而发热量很低、着火困难、燃烧性能差。为了有效利用这些低品质的煤气,节能减排,本文设计开发了一种新型的低热值煤气燃烧系统,基于数值模拟与实验研究的方法对该燃烧系统的燃烧特性进行了研究。 首先,建立了低热值煤气燃烧过程实验台,设计开发了燃料系统、送风系统、燃烧系统、数据采集系统、后处理系统。重点设计开发了低热值煤气燃烧系统,燃烧系统由低热值煤气燃烧器、燃烧室以及独特的蓄热体结构组成。 其次,在应用Gambit软件建立了低热值煤气燃烧系统的三维模型的基础上应用Fluent软件进行了流动与燃烧过程的数值计算,获得了低热值煤气燃烧过程的压力场、流场、速度场、温度场和浓度场,并进行了详细的分析。 第三,研究燃烧系统参数对低热值煤气燃烧过程的影响,分析了空气预热温度、煤气预热温度、富氧浓度以及空气过量系数对低热值煤气燃烧过程的影响规律;对低热值煤气燃烧系统的结构进行了优化,得到了最佳喷口角度以及最佳蓄热体结构。利用正交设计法分析了各参数对燃烧过程影响的显著程度,为低热值煤气燃烧过程的实验研究提供了一组最佳参数组合。 最后,在搭建的低热值煤气燃烧过程的实验台上,对低热值煤气燃烧过程进行了实验研究。研究了不同空气预热温度对低热值煤气燃烧过程的影响。同时,对低热值煤气燃烧过程的数值模拟结果与实验研究结果进行对比研究,验证了数值模拟结果的准确性。


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