梭式陶瓷窑炉二甲醚及其混合燃料燃烧过程的数值模拟

论文摘要

节能减排一直是世界关心的热点问题之一。在燃烧方面,需要寻找清洁环保和价格较低且燃烧效率高的替代燃料,这样不仅可以节约成本,而且可以解决环境污染问题,同时还可以减少能源危机所制造的压力。目前大多数陶瓷窑炉厂渐渐的采用二甲醚替代液化气燃料,且替代的市场越来越大,主要原因是从二甲醚的燃烧过程分析,二甲醚自身含氧,燃烧性能好,热效率高,燃烧过程中无残渣,无黑烟,一氧化碳和一氧化氮排量低,是一种洁净的燃料。由于二甲醚的物理特性与液化气的差别悬殊,我们对二甲醚的燃烧条件和燃烧特性进行了研究,这样有助于我们深入了解其燃烧机理,对优化采用二甲醚作为燃料燃烧室的喷射系统和燃烧系统有直接的影响意义。本文针对二甲醚自身带有氧,模拟在相同燃料量的条件下,二甲醚所需的氧气量究竟比液化气的少多少,且得出二甲醚所需的最佳含氧量。在此基础上,我们采用交叉射流来增加燃料和空气的扰动,使其混合的更均匀,提高燃烧效率,研究不同角度的交叉射流对整个炉膛燃烧温度的影响,对喷嘴进行改进。但是二甲醚的燃烧温度与液化气的相比较低,这是因为二甲醚的低位发热值与天然气、液化石油气等其它燃气相比较,二甲醚的较低,所以其理论燃烧温度较低。针对二甲醚燃烧温度较低,采用在二甲醚中添加一定比例的甲醇和液化气燃料的方法来提高燃烧温度。本文采用FLUENT软件模拟计算了二甲醚、液化气与不同含氧量空气的燃烧,不同角度交叉射流下二甲醚燃烧和二甲醚中添加不同比例甲醇、液化气燃烧。首先对实物结构进行研究获得几何结构,然后对该结构做相应且合理的简化,最后采用GAMBIT建立几何模型,并采用结构化和非结构化网格对三维陶瓷窑炉进行网格划分。根据陶瓷窑炉内燃气的燃烧特点和FLUENT各种模型特征的对比,选用标准k-ε湍流模型,非预混燃烧模型,P-1辐射模型及质量、动量、能量三大基本方程来构建了在FLUENT模拟陶瓷窑炉内燃烧过程的数学模型。然后经过大量的计算得出,在我们所研究的这种工况下,二甲醚燃烧所需的最佳含氧量为30%左右,液化气所需的最佳含氧量为50%左右。在二甲醚与最佳含氧量燃烧的基础上,研究不同角度交叉射流对二甲醚燃烧的影响,得出以60°左右喷射其燃烧温度较高,且温度场分布均匀。在二甲醚中添加不同比例甲醇、液化气燃烧的研究表明,甲醇不适添加到二甲醚中燃烧,而液化气添加的量越多,燃烧的温度就越高,其适于作为二甲醚的掺混物,但需从烧制品烧成所需要达到的燃烧温度和燃料价格来综合考虑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 二甲醚作为替代燃料概述
• 1.3 二甲醚燃烧的研究现状
• 1.4 本课题的选题意义和研究内容
• 第二章 湍流燃烧模型的建立
• 2.1 湍流燃烧数值模拟的理论基础
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 快速燃烧反应理论和涡团耗散模型
• 2.1.4 燃烧及辐射模型
• 2.1.5 化学反应机理
• 2.2 数值计算方法
• 2.2.1 数值求解方法
• 2.2.2 离散差分格式
• 2.2.3 算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 二维梭式陶瓷窑炉二甲醚燃烧模拟
• 3.1 梭式陶瓷窑炉模型的建立
• 3.1.1 几何模型的简化与假设
• 3.1.2 计算区域的选择和网格划分
• 3.1.3 边界条件的确定
• 3.1.4 PDF设置
• 3.2 不同燃料和空气流速对二甲醚燃烧影响的二维计算结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 三维梭式陶瓷窑炉数值模拟及结果分析
• 4.1 三维模型的确定与简化
• 4.1.1 几何体的尺寸与结构
• 4.1.2 计算区域的网格划分
• 4.1.3 边界类型的选取
• 4.2 二甲醚、液化气与不同含氧量空气燃烧
• 4.2.1 二甲醚与不同含氧量空气燃烧
• 4.2.2 液化气与不同含氧量空气燃烧
• 4.2.3 二甲醚、液化气与不同含氧量空气燃烧的区别
• 4.3 不同角度的交叉射流对二甲醚与空气燃烧影响的数值分析
• 4.4 二甲醚与几种燃气混合燃烧的数值分析
• 4.4.1 二甲醚中添加不同比例甲醇时燃烧的模拟结果分析
• 4.4.2 二甲醚中添加不同比例液化气时燃烧的模拟结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表学术论文和专利