水煤浆气化喷嘴加压雾化实验研究与数值模拟

论文摘要

水煤浆气化技术是洁净煤技术的研究热点,在中国引进的最早,且已经得到了较为深入的开发与研究。但是我国的水煤浆气化技术还存在着许多问题,尤其气化喷嘴技术仍然是水煤浆气化技术发展的瓶颈。三通道外混式喷嘴是水煤浆气化炉中应用最为广泛的喷嘴,对三通道外混式喷嘴在加压环境下雾化性能的研究,具有重要的现实意义。本文主要研究了三通道外混式喷嘴在雾化室加压条件下的雾化过程,主要包括实验与数值模拟两个方面：实验方面：首先,在加压环境下对三通道外混式喷嘴的流量特性进行了实验研究与分析；其次,以雾化粒径SMD为研究目标,研究了在加压环境下喷嘴出口结构参数对雾化性能的影响；然后,同样以雾化粒径SMD为研究目标,研究了不同环境压力下负荷、气耗率、气量比等操作工况对喷嘴雾化性能的影响变化,分析了这些变化的原因,并对不同环境压力下不同气耗率时的雾化式样进行了拍照观察,研究了雾化角度的变化特点；最后对工质粘度在不同环境压力下对喷嘴’雾化性能表现的影响作了研究与分析。数值模拟：本文在冷态实验的基础上进行了数值模拟。建立了新型三通道外混式喷嘴的三维物理模型,采用k-ε双方程模型模拟了雾化介质的流场分布,分析了速度场、压力场及回流区的特点。除此以外,还采用大涡模拟和DPM模型对喷嘴出口射流破碎及雾化情况进行了冷态模拟,分析了非稳态雾化场的特点,计算结果对喷嘴的工程设计具有重大指导意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题的提出及本论文主要的研究内容
• 2 文献综述
• 2.1 煤气化工艺简介
• 2.2 水煤浆气化喷嘴简介
• 2.2.1 水煤浆气化工艺对喷嘴的要求
• 2.2.2 国内外典型气化喷嘴介绍及其指导意义
• 2.2.3 工艺喷嘴存在的问题
• 2.3 雾化性能表征及影响因素
• 2.3.1 雾化性能的表征
• 2.3.2 雾化性能的影响因素
• 2.4 雾化室压力影响研究现状
• 3 试验系统与仪器
• 3.1 冷态雾化试验系统
• 3.2 加压雾化室设计
• 3.2.1 雾化室封头设计
• 3.2.2 雾化室长度设计
• 3.2.3 雾化室壁厚计算
• 3.3 金属管浮子流量计校正
• 3.4 LS-2000激光粒度分析仪
• 3.5 HAAKE粘度计
• 4 加压环境下三通道气力式喷嘴雾化特性试验研究
• 4.1 实验用喷嘴
• 4.2 冷态模拟
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 加压环境下喷嘴流量特性试验研究
• 4.3.2 喷嘴出口几何结构尺寸对雾化性能的影响
• 4.3.3 不同环境压力下操作工况对雾化性能的影响
• 4.3.4 不同环境压力下雾化角度的变化
• 4.3.5 不同环境压力下工质粘度对雾化性能的影响
• 4.4 本章小结
• 5 三通道气力式喷嘴冷态数值模拟
• 5.1 数值模拟的计算基础
• 5.1.1 物理模型
• 5.1.2 数学模型
• 5.1.3 边界条件
• 5.1.4 求解方法
• 5.2 雾化介质流场的数值模拟
• 5.2.1 压力分布
• 5.2.2 速度分布
• 5.3 雾化场的数值模拟
• 5.3.1 射流出口后的雾化发展情况
• 5.3.2 雾化粒径在不同时刻的发展情况
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 作者简历