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蓄热式燃烧器中蓄热体换热特性研究

张庆宇  
【摘要】:如今,随着全球人口总人数的不断增加以及加大对科学技术进步的需求,能源消耗需求也越来越多,在消耗能源的同时增加了污染物的排放。在20世纪90年代初提出一种新型燃烧技术被称作高温空气燃烧技术,是将高温烟气余热回收再利用、降低污染物的排放和提高燃烧效率多重优势结合的方法。蓄热体作为高温空气燃烧技术中核心部件。借助蓄热式燃烧器,分析蓄热室与蓄热体换热特性的关系,针对蓄热室内部气体与蓄热体之间换热过程进行讨论,并对蓄热体温度和蓄热室出口温度进行了数值模拟。通过改变结构参数和操作参数,分析蓄热体温度与蓄热室阻力损失的变化情况。在改变蓄热体结构参数的研究中,除了在进口、出口局部温度过高外,气体温度在整个换热过程中温度变化比较均匀,蓄热室阻力损失呈现出有规律性的变化增长或减小。在改变操作参数(气体流速、蓄热室高度、换向时间)对蓄热室阻力损失和热工效率的影响变化情况中,不能对每一种情况进行试验,借此通过数值模拟及正交试验相结合的方法,利用仿真软件ANSYS对蓄热室内部的关键部件蓄热体,建立传热、气体流动的物理模型和数学模型。通过以上分析,以空塔流速、材质、尺寸变化和换向时间等因素研究蓄热体热交换特性,并对蓄热体的启动到稳定状态进行了模拟研究,得到并分析结果。得到了包括加热、放热达到稳定状态时的蓄热体温度、蓄热室阻力损失变化情况、较高的综合换热系数和较低压力损失的最佳工况组合参数,以及结构参数、操作参数对气体出口温度的影响。通过建立气体微元体和蓄热体微元体之间的能量平衡关系,得出蓄热体吸、放热阶段的规律特性。为了提高蓄热、放热的速率,通过改变气体流速、蓄热体尺寸和排布方式等方法来强化换热,使蓄热体蓄热室温度效率、传热效率有效提升。进一步又分析了蓄热室内部阻力压降对整个系统的风机等动力的设备能耗的选择,在设计蓄热室时应该全面考量所有因素对其影响。本文利用蓄热体换热特性为研究对象对蓄热式燃烧器的实际应用和结构优化提供具有一定的指导作用。


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