空气散布角对多股射流高温空气燃烧影响的数值研究

摘要

以高温空气燃烧技术为应用背景,对多股射流对炉内燃烧特性的影响进行了数值模拟,讨论了燃烧空气散布角对燃烧特性的影响。采用标准的k-ε双方程模型计算流场,气相燃烧模型采用采用β函数的PDF燃烧模型,采用离散坐标法模拟辐射换热过程,NOx模型为热力型NOx,烧室尺寸为800mm×800mm×1400mm,燃料喷口为圆形,直径为10mm,位于中心.空气喷口设计为五个等面积的圆形置于燃气喷口周围。计算结果表明,由于射流之间的相互作用,在炉膛内存在回流区.烟气的回流一方面加强了燃料和空气的混合,使温度分布更为均匀,同时改变了炉膛空间内的燃料和氧的分布,从而影响燃烧强度和NOx的局部生成。燃烧空气散布角θ越小,燃料、氧以及燃烧后的高温烟气等的混合越充分,燃烧越稳定,低氧区域扩大,温度分布均匀,局部高温受到抑制,局部NOx的生成减少.θ较大时,喷嘴布置接近于同轴射流,高温烟气的回流主要起到稳定燃烧的作用,而周向的低氧条件将不复存在,低氧燃烧将转化为强化燃烧.在15％的氧条件下,θ=120°时与θ=360°相比,NOx排放量可减少65％。研究结果对高温空气燃烧喷嘴结构设计及运行管理具有参考价值。