一种专用直燃式燃气加热器的应用研究

论文摘要

近年来,随着能源危机和环境问题日益凸显,太阳能发电得到了前所未有的发展,进而促进了太阳能电池制备相关技术的发展。本文根据某太阳电池制造设备配套的冷热通风系统实际需要,研究开发一款直燃式燃气加热器,替代原系统中的电加热器。天然气是一种清洁能源,与煤炭、石油相比具有绿色环保、优质高效等优点。同时,天然气成本相对低廉,比用电更加经济实惠。为此,本文根据燃烧学及燃气应用的相关理论,开发了一款燃气燃烧器,并采用数值计算的方法对燃烧器的内部流场、燃烧室内的温度场、速度场及组分浓度分布情况进行了模拟分析。本文通过对燃气燃烧相关理论的综合运用,确定了燃烧器的热负荷,并对引射器结构尺寸、火孔面积、火孔间距等结构参数进行了详细的分析研究,并最终确定了燃烧器的结构,建立了三维立体图和二维尺寸图。利用GAMBIT软件建立了燃烧器和燃烧室的数值模型并划分了网格。在FLUENT平台下,利用标准k-ε湍流模型描述了燃气与一次空气在引射器内混合后进入燃烧管的流动过程,获得了火孔出口处混合气体的速度和组分浓度,确定出口工作压力为55Pa,燃气速度为1.67m/s,为下级燃烧的数值模拟提供了参考；利用标准k-ε湍流模型描述了燃烧室内的流体流动过程,运用涡耗散模型和离散坐标辐射模型描述了燃气在燃烧室内的燃烧与传热过程,获得了燃烧室内的温度场、速度场和组分浓度分布情况：同时,本文还分别分析讨论了不同燃烧管距离、不同过剩空气以及换热管不同位置及排数对燃烧室温度分布的影响,为燃烧器及燃烧室的改进提供了参考。本文是从实际问题出发,为工程寻求最佳的解决方案,具有积极的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 直燃式燃气换热设备研究现状
• 1.2.2 燃气燃烧器研究现状
• 1.2.3 燃烧的数值模拟研究概况
• 1.3 本文研究内容与意义
• 第2章 燃气燃烧器热特性与结构特性研究
• 2.1 燃烧器热特性分析
• 2.2 燃烧器结构参数
• 2.3 本章小结
• 第3章 数学模型与数值计算方法分析
• 3.1 基本控制方程
• 3.1.1 连续性方程
• 3.1.2 动量守恒方程
• 3.1.3 能量守恒方程
• 3.1.4 组分质量平衡方程
• 3.2 湍流模型
• 3.2.1 湍流特性
• 3.2.2 几种典型湍流模型的分析比较
• 3.2.3 标准k--ε模型概要
• 3.3 湍流燃烧模型
• 3.3.1 旋涡破碎模型（EBU）
• 3.3.2 涡耗散模型（EDM）
• 3.3.3 涡耗散-概念模型（EDC）
• 3.4 辐射模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 燃烧器内部流场数值模拟
• 4.1 燃烧器模型与求解设置
• 4.1.1 模型建立与网格划分
• 4.1.2 边界条件
• 4.1.3 求解设置
• 4.2 模拟结果及分析
• 4.2.1 管内压力场分布
• 4.2.2 组分浓度的分布
• 4.2.3 火孔处混合气体速度
• 4.3 不同压力出口条件下的比较分析
• 4.3.1 压力比较
• 4与O₂质量分数的比较'>4.3.2 出口CH₄与O₂质量分数的比较
• 4.3.3 出口速度的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 燃气燃烧器火焰特性模拟与分析
• 5.1 燃气燃烧模拟与分析
• 5.1.1 模型建立与网格划分
• 5.1.2 边界条件的设置
• 5.1.3 求解设置
• 5.2 模拟结果分析
• 5.2.1 温度分布情况
• 5.2.2 燃烧室内的流场分布
• 5.2.3 燃烧室内组分分布
• 5.3 影响燃烧特性因素的研究
• 5.3.1 燃烧管间距的影响
• 5.3.2 过剩空气的影响
• 5.3.3 换热管对燃气燃烧的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢