煤粉炉内弥散介质辐射传热的综合模拟

本文基于辐射传热计算的DT法和颗粒运动计算的随机轨道法,并结合单颗粒的辐射特性模型,构造了能够详细考虑颗粒燃尽、湍流弥散诸因素对炉内空间局部辐射特性及总体辐射传热影响的弥散介质辐射传热计算模型,并将其耦合到炉内过程的总体数值模型中。采用该程序,比较计算了几种颗粒辐射特性模型对某300MW锅炉炉内温度场的预报结果,结果表明：通常采用的均匀颗粒辐射特性模型会导致温度场的极大误差;由于炉内颗粒浓度的不均匀分布,炉内的温度分布呈现高度非均匀状态,在炉膛轴线上有大面积的高温烟气区存在;考虑残炭存在时,温度分布的不均匀性更显著．     

煤粉炉内辐射图象处理和燃烧过程数值模拟相结合初探

1引言大型电站锅炉炉膛内的燃烧过程是发生在相对较大空间内的、不断脉动的、具有强烈三维特征的复杂物理和化学过程。因为实际炉膛尺寸太大,以至于还没有建立适用的可视化技术手段[1],只能对其缩小了的模型在实验室进行研究[2.3]。作者在炉膛煤粉燃烧二维温度分布检测研究[4]的基础上,提出了以多幅辐射图像处理为基础的三维温度分布检测方法[5]。本文将建立较为严密的辐射图象信息同炉内燃烧过程的关系式,并借助燃烧过程数值模拟技术来估计炉内燃烧介质辐射特性参数非均匀分布,改进以辐射图象处理为基础的炉内三维燃烧温度分布检测方…     

煤粉燃烧颗粒粒子云辐射特性的研究

分析了在560nm的测量波长处煤粉炉中炭粒和飞灰粒子云的辐射特性。利用Mie理论,分别计算了燃烧器出口和炉膛的上部颗粒粒子云的辐射特性,发现在燃烧器出口区,炭粒对颗粒总体辐射减弱系数的影响较大,占90%以上;而在炉膛的上部,飞灰的影响较大。从数值计算结果中可以看出,飞灰粒子云的散射率高达91.6%,其对辐射的散射作用比吸收更强,而炭粒子的散射率仅为50%。     

稠密颗粒介质热辐射传输特性的边界效应

稠密颗粒介质在自然界和工业生产中广泛存在。在高温条件下，辐射对传热过程有十分重要的影响，并且在实际工程应用中，边界的作用不可忽略。本文采用辐射传递函数(RDF)作为表征体系内辐射换热的特性参数，它是辐射传递因子(RD)从离散尺度到连续尺度的扩展，不仅包含几何信息还包含辐射能量信息。因此它可以完全表征体系中的辐射换热，从而有助于直观地分析边界对颗粒热辐射传输特性(以RDF分布进行表征)的影响。分析了在靠近反射性边界时颗粒填充率和颗粒表面发射率对颗粒热辐射传输的影响，结果表明，边界对于由RDF表征的系统内颗粒热辐射传输有重要影响，颗粒填充率和颗粒表面发射率对该影响具有调节作用。研究结果有助于深入理解稠密颗粒介质中的热辐射传输机制。     

3MW_(th)富氧燃烧煤粉锅炉的数值模拟研究

以国内首台3 MW_(th)富氧燃烧煤粉锅炉为研究对象,借助CFD软件对煤粉空气燃烧和富氧燃烧工况进行数值模拟研究。通过与实验结果对比发现,模拟得到的炉膛温度分布、换热量以及出口组分与实验测量结果吻合,这表明本文使用改进的辐射特性模型以及4步化学反应机理能够很好地预测炉内温度、传热以及烟气组分分布。通过模拟研究,对比分析了空气燃烧与富氧燃烧的炉内特性。研究结果表明:富氧燃烧时,CO_2的显著增加使得燃烧器区域出现高浓度CO;富氧燃烧的整体温度分布与空气燃烧相似,但峰值温度有较大的降低;炉内辐射传热较空气燃烧略有下降。     

含Ag/Al_2O_3球壳颗粒水基复合介质辐射吸收分析

基于吸收性基体介质中球形颗粒的电磁理论,建立含纳米颗粒水基复合介质的FDTD模型,比较了电磁理论解析解和FDTD模型的数值解;在此基础上,基于FDTD方法模拟了含纳米Ag/Al_2O_3球壳颗粒水基复合介质的辐射吸收特性,分析颗粒结构尺寸、颗粒间距对颗粒以及基体介质辐射吸收特性的影响规律。结果表明,核心Ag纳米颗粒能够增强其周围介质的辐射吸收特性,核心Ag纳米颗粒的尺寸越小,该辐射吸收增强效应越明显,核壳颗粒的间距也会对颗粒以及基体介质的辐射吸收特性产生影响。     

燃煤黄铁矿迁移转化模拟的研究

基于已有的动力学数据对单颗粒黄铁矿迁移转化进行了全过程模拟,分析讨论了各种因素对黄铁矿氧化过程和S释放率的影响,结果表明:随着颗粒尺寸的减小和炉膛温度的升高,黄铁矿颗粒的分解氧化过程加快,颗粒在炉内停留很短时间内温度即升高到共融点以上,使颗粒呈混熔态,进而导致灰沉积、结渣.颗粒氧化过程中S的释放主要受扩散控制,其释放速率与颗粒粒径成反比,与氧气浓度和炉膛温度成正比.     

气流床气化炉壁面熔渣行为模拟

本文对气流床煤气化炉内高温合成气和壁面渣层的流动与传热传质过程进行了分析,建立了渣层流动、传热传质和相变数理模型,采用VOF方法对渣层和气体之间自由界面进行追踪,采用射线追踪方法(DTRM)计算辐射换热,采用焓法计算渣层相变,熔融态渣滴在渣层表面的沉积通过源项引入.应用所建立的数学模型对实验室规模的Texaco煤气化炉进行了模拟.结果表明:气化炉壁面换热系数从上到下先增加再减少最后再增加;炉膛温度升高,固态渣层厚度减少;壁面温度升高,固态渣层厚度减少.     

结构各向异性对传输平均自由程的影响研究

本文研究了由定向排布的椭球形粒子组成的无序介质中微纳结构的各向异性对辐射传输平均自由程的影响机理。采用离散偶极子算法(DDA)计算单个椭球形粒子的各向异性辐射特性,为了得到多重散射下的各向异性介质的辐射特性,采用随机行走方法研究了传输平均自由程随粒子浓度、长径比、分布角度的变化关系,并与各向同性理论的计算结果进行了对比,证明了现有理论的不足。最后,利用辐射传递方程的扩散理论得到了椭球形粒子各向异性介质的表面反射能量分布图。结果表明,微纳结构的各向异性对辐射传输平均自由程和表面辐射能量分布有较大影响,对于各向异性较强的介质,在理论计算中必须加以考虑。     

再燃降低NO_x排放及煤粉燃尽特性研究

以包含两种低挥发份贫煤在内的四种煤作为主燃料,在一维炉和一台93 kW卧式单角炉上对气体燃料再燃过程及煤粉和再燃燃料的燃尽特性进行了详细实验研究,同时对炉膛内NO_x浓度分布等进行了测量和分析.实验发现,再燃过程除了要采用合适再燃区停留时间外,气体再燃燃料还应选择在炉膛内NO_x浓度较大区域内喷入,以提高再燃脱硝效率.实验结果表明,即使采用低挥发份煤作为主燃料,当再燃区停留时间达到约0.7～0.9 s,气体再燃燃料比例达到10%～15%时,气体燃料再燃过程就能在保证煤粉颗粒燃尽率不明显降低前提下,获得50%以上的再燃脱硝效率.     

煤颗粒热膨胀量与破碎特性的研究

煤颗粒的热膨胀破碎特性直接影响流化床锅炉的运行效率.本文利用热机械分析仪(TMA)测定了不同种类不同密度的型煤和原煤的热膨胀特性,并对部分破碎微观形貌进行了FSEM观察;通过旋转炉内的燃烧试验研究了热膨胀特性和破碎的关系.研究表明,煤颗粒在燃烧过程中其热膨胀破碎主要发生在挥发分析出阶段;内部挥发分的析出会使颗粒内压增大而产生膨胀,进而产生细小裂纹并破碎;挥发分越高,颗粒密度越大,其热膨胀形变率越大,越容易发生破碎现象;主要挥发分析出后热膨胀引起的破碎可以忽略.     

煤粉在四角切向燃烧煤粉锅炉炉膛内的燃烧行为

本文对煤粉在四角切向燃烧煤粉锅炉炉膛内的燃烧行为进行了数值研究。在计算中,将煤岩学对煤进行分类研究的思路引入燃烧学,对煤粉中所含不同煤岩类别的煤粒分别进行了研究。结果表明,煤粉中的部分难燃组分在炉膛内未能燃烬;炉膛出口处颗粒的浓度存在较明显的偏差,右侧浓度较大,未燃成分较多;煤粉的未燃烬及浓度偏差对四角切向燃烧煤粉锅炉的局部超温爆管现象有直接的影响,且三次风的影响更为严重。     

大型电站锅炉炉内三维燃烧温度场可视化实验研究

本文利用 8只火焰图像探测器和相应的计算机图像采集处理系统,在一台 200 MW 四角切圆燃煤锅炉上进行了炉膛三维温度场可视化实验研究。现场实验结果表明,炉膛上部温度分布较低,并且呈典型的单峰形状;燃烧器区域的温度分布较高,能够反应四角切圆燃烧特性。用水冷枪抽气热电偶对温度场可视化结果进行了检验,相对误差在5％之内。三维温度场可视化结果刷新一次的时间不超过5秒,满足在线监测的要求。     

求解辐射传递方程的离散坐标法

阐述了含吸收散射性介质三维空腔内辐射传递方程的离散坐标解法。讨论了入射散射项积分格式的选取,以及假散射和射线效应对解精度的影响。对三维矩形炉膛内辐射传递过程进行了数值模拟,并与区域法和离散传递法进行比较。比较结果表明离散坐标法具有较好的精度,是目前燃烧室内辐射传热过程数值模拟的一种较好的方法。     

Metallic foams: Radiative properties/comparison between different models

The aim of this study is to determine the radiative properties, which are the extinction coefficient, the scattering albedo and the scattering phase function, of highly porous open-cell aluminium foam, using more-or-less simple predictive models, and to compare all these models. The radiative properties are predicted using geometric optics laws to model the interaction of radiation with the particles forming the foam. Moreover, the particles forming the foam are large compared with the considered wavelength and are supposed to be sufficiently distant from each other to scatter radiation independently. Thus, the radiative characteristics of the foam can be determined by adding the contributions of each particle. A particular attention is paid on microstructure analysis and modelling. We considered different kinds of cell shapes and struts cross-section, using microscopic and tomographic analysis. Furthermore, a new phase function modelling is presented. Finally, we compare the results of each method with the radiative properties obtained from experimental measurements of directional and hemispherical transmittances and hemispherical reflectance.     

CdS半导体超微粒子的光学性质

本文研究了水溶胶中的CdS半导体超微粒子和有机溶胶中的粒子表面被有机分子化学修饰的CdS超微粒子的光学性质.我们观察到,当粒子尺寸小于5nm时,CdS超微粒子表现出明显的尺寸量子化效应,并指出CdS超微粒子的表面修饰,增强了它们的发光强度,显著地影响了它们的光学性质。     

用离散坐标法计算炉膛火焰辐射能成像

根据真实CCD照相机性能参数,发展了一种较为严格的炉膛火焰辐射能成像的计算方法,并分析了其镜头尺寸对火焰图像的影响,数值模拟表明应将其物距调整为大于炉膛尺寸。     

非正交贴体网格体系模拟炉内燃烧过程

开发了贴体曲线坐标系下煤粉燃烧全过程模拟程序,可在任意3-d贴体曲线坐标系下进行炉内气固流动,化学反应和辐射传热等完整的燃烧过程模拟。对某台670 t/h锅炉,采用了一种新的贴体曲线网格体系,其一族网格线从燃烧器喷口向外呈放射状展开,最外侧贴于炉膛壁面,燃烧器以上网格线扭转角度逐渐变化,至炉膛上部与壁面平行。计算结果与采用常规直角网格体系的结果相比,伪扩散误差明显减小,燃烧参数分布趋势接近实际分布。