基于灰层累积的焦炭燃烧缩核模型FLUENT数值模拟研究

发布时间：2025-07-02 23:38

　　 ANSYS FLUENT提供的焦炭燃烧模型中,忽略了碳粒燃烧过程中灰层累积的影响,导致模拟焦炭燃烧速率偏大。为此,基于FLUENT原始模型,结合碳粒燃烧过程中灰层积累对燃烧的抑制原理,利用FLUENT中User Defined Functions(UDF)模块,提出一种基于灰层累积的焦炭燃烧缩核数学模型,称为"基于灰层累积的动力/扩散控制"燃烧模型。计算结果表明:相比于原始模型,改进模型中炉膛速度与温度分布更符合热力计算值;模拟得到的飞灰含碳量与实际测值基本一致,说明改进模型更加合理,且模拟结果相对准确。

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【部分图文】：

图1 原始焦炭燃烧模型

FLUENT自带的原始焦炭燃烧模型如图1所示。未燃烧碳核外包裹一层气膜,氧气穿过气膜即可与焦炭反应。该模型中假设碳粒变为焦炭过程中直径不变,而颗粒密度减小,其“动力/扩散控制”的反应速率表达式为

图2 基于灰层累积的焦炭燃烧缩核模型

带灰层阻力的焦炭燃烧缩核模型如图2所示。与原始模型相比,此改进模型中未燃烧碳核与最外层包裹气膜之间还存在一层多孔灰层,氧气到达碳核表面之前需穿过包裹气膜与多孔灰层,随着燃烧的进行,碳核逐渐缩小,多孔灰层逐渐增厚。基于改进模型的物理概念,焦炭颗粒在燃烧过程中,氧气须穿过最外层的包裹....

图3 燃烧器区域模型与网格划分

选取了国内某110MW超高压自然循环燃煤锅炉作为模拟计算的研究对象。该锅炉煤粉燃烧器采用四角切圆布置,炉膛断面为正方形,宽深均为9980mm,理想切园半径700mm,炉膛断面四角切圆布置具体如图3所示。每组喷燃器设六个二次风口,三个一次风口,均等配风,燃烧器分三层布置,其....

图4 炉膛整体模型与网格划分

使用GAMBIT软件对锅炉进行建模与网格划分,根据锅炉结构与网格划分的特点,同时为了各个区域能够根据需要灵活调节网格密度,且各个区域网格疏密程度不会影响相邻网格,将整个炉膛划分成了七部分,每个区域均各自进行网格划分。冷灰斗区域非本文研究重点,故采用较为稀疏的四面体结构化网格;燃烧....

本文编号：4055419