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全氧燃烧玻璃熔窑喷枪口火焰空间的数值模拟

王昌贤  
【摘要】: 本文综合评述了国内外玻璃熔窑全氧燃烧技术和燃烧过程数值模拟研究方法。在充分研究燃油全氧助燃单元玻璃熔窑燃烧理论的基础上,利用gambit前处理软件,建立了燃油全氧助燃单元玻璃熔窑喷枪口火焰空间燃烧过程的三维数学模型,模型包括标准k-ε湍流模型、涡-耗散化学反应模型、p1辐射传热模型。并采用计算流体力学通用软件(FLUENT)进行了模拟计算,内容和结果如下: 首先,研究了氧含量对玻璃熔窑喷枪口火焰空间速度场、温度场分布及其NO_x质量分数场的影响。结果表明,随着氧含量增加,火焰空间速度场整体速度减小,最高火焰温度提高,NO_x排放量先增加后减小,且相对于空气助燃,全氧助燃条件下NO_x排放量更小。 其次,系统地模拟了过剩氧气系数、进气口尺寸、进气口与进油口中心距离对喷枪口火焰空间速度场、温度场的影响。结果表明,高的过剩氧气系数对应高的速度场速度和高的火焰温度最高点;进气口尺寸增加,速度场整体速度减小,火焰温度最高点升高;进气口和进油口中心距离越大,速度场整体速度越小,火焰温度最高点降低。 最后,为了提高热利用率,增加传热效果,模拟了在同一个燃烧系统内,三个进油口并排时对火焰空间温度场的影响。结果表明,在同一个燃烧系统内,相比于一个进油口,三个进油口可以增加x方向(水平方向)的火焰宽度,提高热利用率。 为便于对计算结果进行分析,本文使用Tecplot后处理软件将数值模拟得到的计算结果用图像表述出来,从而直观地表示速度场、温度场及NO_x质量分数场分布。 本文定量地描述了燃油玻璃窑炉全氧燃烧喷枪口火焰空间速度场、温度场的分布规律,探明了全氧燃烧NO_x排放量降低原因及机理;结果表明,本文所选用的三维数学模型能够比较全面地反映喷枪口火焰空间速度场、温度场及其NO_x质量分数场的分布规律,这有利于为全氧燃烧玻璃溶窑热工制度优化以及降低NO_x排放提供规律性指导,并为全氧燃烧玻璃窑炉火焰空间和玻璃液整体数值模拟做铺垫。


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