旋流煤粉燃烧器出口区域三维气粒两相流动与煤粉燃烧的数值模拟

摘要

本文首次将纯双流体模型用于模拟旋流煤粉燃烧器出口区域的三维两相流动、煤粉燃烧和NO生成.其特点是在欧拉坐标系下全面考虑煤粉水分蒸发、热解挥发与焦炭燃烧的变化经历、NO生成和两相湍流输运.在纯双流体模型的框架内,对气相湍流用修正的k-ε模型,颗粒相湍流用Kp方程模型,气相湍流燃烧用EBU-Arrhenius模型,辐射传热用离散坐标(DO)模型,热NO和燃料NO生成均采用二阶矩湍流反应率模型.基于上述模型编制了大型计算程序PERT-SB(用于模拟旋流煤粉燃烧器出口区域有反应两相流动的纯欧拉模型),分别对燃烧器模型出口区域的冷态两相流动和煤粉燃烧进行了数值模拟.用冷态PDPA实验结果检验了冷态模拟结果,预报的两相速度场和实验结果在定量上符合较好,预报的颗粒浓度场和实验值基本符合.热态模拟结果给出了两相速度场、两相温度场、颗粒浓度场和NO生成等详细信息,结果定性合理,表明采用煤粉浓缩器后,可以大大降低旋流燃烧器出口区域的燃料NO生成,并且同时可保持煤粉颗粒较高的燃烬率.