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煤粉应用之楔形钝体尾迹湍流特性的研究

时间:2014-05-27 10:38:33

编辑:世邦机器

楔形钝体尾迹湍流特性的研究

湍流运动的研究在流体力学的发展中一向是十分引人注目的,而且也是一个十分活跃的领域。在燃烧空气动力学方面,特别是研究燃烧过程的强化方面,研究流动的脉动特性具有十分重要的理论意义和实际意义。这是因为湍流运动本身的含义,它的运动不仅是混乱的而又有起伏,对燃烧过程的热质交换起着良好的作用;而且,运动流体的诸脉动量(包括速度和温度)需用热线风速仪作精细的测量。

钝体尾迹的平均速度和脉动速度用美国造的TSI热线风速仪测量,分别采用一维探针和x型探针并采用了线化装置,在校准风洞上将输出电压与风速调成线性关系。

湍流强度分布的特点是在回流区的边界上湍流强度非常大,非常大值已超过60%,达68%左右,这里正是热量、质量和动量交换较强烈的地方,也是燃料着火的前沿,有两条明亮的火焰,即使在中心线附近,湍流强度也达到50%。煤粉磨粉机再生产煤粉设备中占据了一个比较重要的地位。为了比较,图中也画出x/2b=0.625处自由射流的湍流强度的测量结果,在自由射流的核心区内,湍流强度在10%以内;在自由射流的边界上非常大的湍流强度约25%。比较可知,从自由射流到加装钝体后的射流尾迹,湍流强度成倍地增加。

当测量范围进一步扩大时,即测量扩展到三倍的钝体边宽处,发现非常大湍流强度有两个峰值,除了在回流区附近边界上的非常大湍流强度外,另一个峰值就是自由射流的外边界,是由喷口的外边界造成的,而且由于钝体的影响,这个峰值比原来自由射流的值几乎大一倍以上越接近回流区的尾部,这两个峰值越接近,末了合并成一个峰值。

雷诺应力沿Y向的分布和湍流强度分布规律相同,呈双峰型。这里的雷诺应力和它们的梯度均比自由射流的值大,因此湍流交换过程比较强烈,煤粉的燃烧过程就是在这两个峰附近发生的。因此,加装钝体后,着火提前,燃烧过程比较强烈,燃烧效率也比较高。

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煤粉应用之钝体尾迹煤粉火焰特点

这里,内回流区所拥有的热量Q,是自由射流火焰所没有的(如锅炉的直流式煤粉燃烧器),它对煤粉的迅速加热、着火起着较大的作用。

煤粉浓度和着火时间的关系

在相同的时间内,煤粉将被加热到更高的温度,或者说,煤粉气流加热到着火所需要的时间减少了,着火提前了。

煤粉直径的研究

煤粉颗粒的尺寸分布是比较宽的,当它们流经钝体后,由于受到惯性的影响,这些宽筛分的粒于在回流区内外将重新分布.它们对说明钝体的稳燃机理是有很大帮助的。

煤粉模型计算与实验结果的比较

此外,还计算了燃尽度为5%和C0=0.01的距离。C0=0.01的计算值与实验值吻合得很好,这也表明模型用于着火预报完全是可行的。

煤粉应用之钝体尾迹均匀混气燃烧的物理模型

通过湍流的热量交换和质量交换,使新鲜可燃混气不断被加热、着火,逐渐烧掉另一部分燃料,于是火焰锋面再展开,直至把燃料全部烧掉。

煤粉研究:气流着火方式的影响

从理论上讲,对于一定的煤种,它的着火方式发生转变的临界煤粉浓度应该为一个定值,并不是图中所示的一个范围。

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