09第九章 煤粉燃燒特性研究

1、第一節(jié)第一節(jié) 煤粉燃燒?；芯棵悍廴紵；芯?n為了深入地研究某個(gè)現(xiàn)象，如流體的流動(dòng)過(guò)為了深入地研究某個(gè)現(xiàn)象，如流體的流動(dòng)過(guò) 程，可以用物理模化的方法進(jìn)行研究。程，可以用物理?；姆椒ㄟM(jìn)行研究。 n燃燒過(guò)程的物理?；?，提供了如下的可能性：燃燒過(guò)程的物理?；峁┝巳缦碌目赡苄裕?（1）用模型對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究；）用模型對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究； （2）對(duì)個(gè)別的試驗(yàn)結(jié)果作廣泛的推廣；）對(duì)個(gè)別的試驗(yàn)結(jié)果作廣泛的推廣； （3）對(duì)復(fù)雜的方程可得出很簡(jiǎn)單的分析解和通）對(duì)復(fù)雜的方程可得出很簡(jiǎn)單的分析解和通 用的數(shù)值解；用的數(shù)值解； （4）從一個(gè)具體的物理過(guò)程中所得出的分析解，）從一個(gè)具體的物理過(guò)程中所得出的分

2、析解， 推廣到其他相似的過(guò)程中去。推廣到其他相似的過(guò)程中去。 一、相似與模化一、相似與?；?相似的概念相似的概念 n相似概念是由初等幾何學(xué)中借用來(lái)的。相似概念是由初等幾何學(xué)中借用來(lái)的。 n這樣一類物理現(xiàn)象，如果它們所有的特征量這樣一類物理現(xiàn)象，如果它們所有的特征量 都相似，即所有向量在幾何上相似，所有的都相似，即所有向量在幾何上相似，所有的 標(biāo)量都相應(yīng)地標(biāo)量都相應(yīng)地(即在對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)上和對(duì)應(yīng)的即在對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)上和對(duì)應(yīng)的 時(shí)刻時(shí)刻)成比例，則稱為是相似的。成比例，則稱為是相似的。 n空間空間(幾何幾何)相似相似 n時(shí)間相似時(shí)間相似(諧時(shí)性諧時(shí)性)。時(shí)間相似就是對(duì)應(yīng)。時(shí)間相似就是對(duì)應(yīng) 的時(shí)間間隔成

3、比例的時(shí)間間隔成比例 n運(yùn)動(dòng)相似。運(yùn)動(dòng)相似即速度場(chǎng)運(yùn)動(dòng)相似。運(yùn)動(dòng)相似即速度場(chǎng)(及加速度及加速度 場(chǎng)場(chǎng))的幾何相似。的幾何相似。 n動(dòng)力相似。動(dòng)力相似即力場(chǎng)的幾何相似。動(dòng)力相似。動(dòng)力相似即力場(chǎng)的幾何相似。 n溫度溫度(濃度、壓力等標(biāo)量濃度、壓力等標(biāo)量)相似。相似。 n物理相似實(shí)際上可以歸結(jié)為標(biāo)量場(chǎng)和向物理相似實(shí)際上可以歸結(jié)為標(biāo)量場(chǎng)和向 量場(chǎng)的幾何相似。量場(chǎng)的幾何相似。 基本條件基本條件 n物理?xiàng)l件；物理?xiàng)l件； n空間條件；空間條件； n時(shí)間條件；時(shí)間條件； n邊界條件；邊界條件； n相似準(zhǔn)則。相似準(zhǔn)則。 n當(dāng)雷諾數(shù)當(dāng)雷諾數(shù)Re2300時(shí)，管道中粘性流體處在時(shí)，管道中粘性流體處在 層流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這

4、個(gè)自模區(qū)就叫做不可壓縮層流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)自模區(qū)就叫做不可壓縮 粘性流體定常有壓流動(dòng)的第一自模區(qū)。這時(shí)粘性流體定常有壓流動(dòng)的第一自模區(qū)。這時(shí) 層流流動(dòng)的阻力系數(shù)層流流動(dòng)的阻力系數(shù)經(jīng)推導(dǎo)結(jié)果和雷諾數(shù)經(jīng)推導(dǎo)結(jié)果和雷諾數(shù) 的關(guān)系是的關(guān)系是 =64/Re 二、相似準(zhǔn)則和燃燒過(guò)程的相似二、相似準(zhǔn)則和燃燒過(guò)程的相似 相似準(zhǔn)則相似準(zhǔn)則 n所謂相似準(zhǔn)則，指的是兩個(gè)物理現(xiàn)象的相似所謂相似準(zhǔn)則，指的是兩個(gè)物理現(xiàn)象的相似 (或模型和原型之間的相似或模型和原型之間的相似)在對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)上在對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)上 必須遵守的準(zhǔn)則數(shù)，也稱之為相似定數(shù)。必須遵守的準(zhǔn)則數(shù)，也稱之為相似定數(shù)。 n在兩個(gè)相似系統(tǒng)中佛魯?shù)聰?shù)為定值：在兩個(gè)相似系

5、統(tǒng)中佛魯?shù)聰?shù)為定值： n歐拉歐拉(Eular)數(shù)數(shù) n雷諾數(shù)雷諾數(shù) n以上準(zhǔn)則中，出已知量以上準(zhǔn)則中，出已知量(單值條件所給定的單值條件所給定的 量量)組成的相似準(zhǔn)則，叫做已定相似準(zhǔn)則；組成的相似準(zhǔn)則，叫做已定相似準(zhǔn)則； 出于現(xiàn)象相似的結(jié)果而得出另外的準(zhǔn)則，出于現(xiàn)象相似的結(jié)果而得出另外的準(zhǔn)則， 稱為待定相似準(zhǔn)則。待定相似準(zhǔn)則對(duì)已定稱為待定相似準(zhǔn)則。待定相似準(zhǔn)則對(duì)已定 相似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系叫做準(zhǔn)則方程。相似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系叫做準(zhǔn)則方程。 燃燒過(guò)程的相似準(zhǔn)則燃燒過(guò)程的相似準(zhǔn)則 n燃燒過(guò)程的相似首先要求流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)過(guò)燃燒過(guò)程的相似首先要求流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)過(guò) 程的相似，這就要遵守許多相似準(zhǔn)則：程的相似，這

6、就要遵守許多相似準(zhǔn)則： n施密特施密特(Schmit)準(zhǔn)則準(zhǔn)則Sc n達(dá)姆克勒達(dá)姆克勒(Damkohler)第一準(zhǔn)則第一準(zhǔn)則DI n普朗持普朗持(Prandtl)數(shù)數(shù)Pr n達(dá)姆克勒達(dá)姆克勒(Damkohler)第三準(zhǔn)則第三準(zhǔn)則D 三、流動(dòng)過(guò)程的相似條件和?；椒ㄈ⒘鲃?dòng)過(guò)程的相似條件和?；椒?相似條件相似條件 n模型和原型幾何相似模型和原型幾何相似 n物性條件相似。物性條件相似。 n時(shí)間條件相似。時(shí)間條件相似。 n氣體流動(dòng)處于第二自?；瘏^(qū)。氣體流動(dòng)處于第二自?；瘏^(qū)。 n模型和原型的歐拉數(shù)相等。模型和原型的歐拉數(shù)相等。 n射流相互作用條件相似。射流相互作用條件相似。 n以上六個(gè)相似條件。以上

7、六個(gè)相似條件。 ?；椒；椒?1、水力摸化、水力摸化 n以水作為流動(dòng)介質(zhì)。以水作為流動(dòng)介質(zhì)。 2、氣體動(dòng)力?；怏w動(dòng)力?；?n氣體動(dòng)力?；?jiǎn)稱為氣模。氣體動(dòng)力模化簡(jiǎn)稱為氣模。 3、燃燒?；?、燃燒?；?n燃燒?；址Q熱態(tài)模化燃燒?；址Q熱態(tài)模化 四、燃燒過(guò)程的近似模化及其應(yīng)用四、燃燒過(guò)程的近似?；捌鋺?yīng)用 流動(dòng)過(guò)程流動(dòng)過(guò)程(包括熱態(tài)包括熱態(tài))的相似要具備下列條件：的相似要具備下列條件： n幾何相似；幾何相似； n運(yùn)動(dòng)學(xué)相似；運(yùn)動(dòng)學(xué)相似； n動(dòng)力學(xué)相似；動(dòng)力學(xué)相似； n熱力學(xué)相似；熱力學(xué)相似； n化學(xué)過(guò)程相似；化學(xué)過(guò)程相似； n燃燒過(guò)程的工況組織要相似。燃燒過(guò)程的工況組織要相似。 n兩相流動(dòng)

8、的相似。兩相流動(dòng)的相似。 n 要保持上述條件相似，可以推導(dǎo)出較多的相要保持上述條件相似，可以推導(dǎo)出較多的相 似準(zhǔn)則。準(zhǔn)則方程為似準(zhǔn)則。準(zhǔn)則方程為 n式中，式中，Nu為努謝爾持準(zhǔn)則；為努謝爾持準(zhǔn)則；Ho為均時(shí)性準(zhǔn)為均時(shí)性準(zhǔn) 則；則；Re為雷諾準(zhǔn)則；為雷諾準(zhǔn)則；Fr為佛魯?shù)聹?zhǔn)則；為佛魯?shù)聹?zhǔn)則；Ar為為 阿基米德準(zhǔn)則；阿基米德準(zhǔn)則；Gr為葛拉曉夫準(zhǔn)則；為葛拉曉夫準(zhǔn)則；Eu為為 歐拉準(zhǔn)則；歐拉準(zhǔn)則；st為斯托克斯準(zhǔn)則。為斯托克斯準(zhǔn)則。 1、燃燒器出口流場(chǎng)的近似模化及熱態(tài)?；⑷紵鞒隹诹鲌?chǎng)的近似?；盁釕B(tài)模化 n嚴(yán)格保持幾何相似；嚴(yán)格保持幾何相似； n流動(dòng)進(jìn)入第二自?；瘏^(qū)；流動(dòng)進(jìn)入第二自?；瘏^(qū)； n燃

9、燒器多股射流之間的動(dòng)量比相等。燃燒器多股射流之間的動(dòng)量比相等。 在這些條件下，研究燃燒器出口流場(chǎng)的內(nèi)容包在這些條件下，研究燃燒器出口流場(chǎng)的內(nèi)容包 括以下幾個(gè)方面。括以下幾個(gè)方面。 （a）燃燒器阻力特性的研究）燃燒器阻力特性的研究 （b）燃燒器出口速度分布均勻性的研究）燃燒器出口速度分布均勻性的研究 （c）燃燒器出口氣流的衰減特性）燃燒器出口氣流的衰減特性 （d）燃燒器出口氣流結(jié)構(gòu)的研究）燃燒器出口氣流結(jié)構(gòu)的研究 （e）燃燒器的熱態(tài)模化）燃燒器的熱態(tài)?；?2、爐膛模化、爐膛?；?n爐膛?；姆椒ūM管很多，歸納起來(lái)主要有爐膛模化的方法盡管很多，歸納起來(lái)主要有 兩種：一種是純幾何相似?；椒?，另一種

10、兩種：一種是純幾何相似?；椒ǎ硪环N 是矯形?；椒?。是矯形?；椒?。 n（1）純幾何相似模化。）純幾何相似?；?。 （2）矯形?；椒ǎ┏C形?；椒?n為了模擬煤粉燃燒引起氣流密度的變化，為了模擬煤粉燃燒引起氣流密度的變化， Thring-Newby提出，模型燃燒器的截面應(yīng)按提出，模型燃燒器的截面應(yīng)按 關(guān)系式關(guān)系式 n放大，式中，放大，式中，f，f0，分別為模型燃燒器和原，分別為模型燃燒器和原 型燃燒器的截面積；型燃燒器的截面積；0為送入燃燒器的空氣為送入燃燒器的空氣 密度；密度；g為爐膛持征截面處的煙氣密度；為爐膛持征截面處的煙氣密度；L為為 模型縮小比例。模型縮小比例。 n這個(gè)法則的物理

11、本質(zhì)，是將已著火并燃盡的這個(gè)法則的物理本質(zhì)，是將已著火并燃盡的 煙氣，全部從燃燒器送入爐膛。事實(shí)上煤粉煙氣，全部從燃燒器送入爐膛。事實(shí)上煤粉 氣流并不是一出燃燒器噴口就完成了整個(gè)燃?xì)饬鞑⒉皇且怀鋈紵鲊娍诰屯瓿闪苏麄€(gè)燃 燒過(guò)程，因此，仍有一定誤差。燒過(guò)程，因此，仍有一定誤差。 nZelkowski則提出，將適當(dāng)放大的燃燒器后移則提出，將適當(dāng)放大的燃燒器后移 一段距離，使射流的初速度一段距離，使射流的初速度w0和爐膛特征截和爐膛特征截 面的平均流速面的平均流速u之比，滿足均時(shí)性準(zhǔn)則，即之比，滿足均時(shí)性準(zhǔn)則，即 電站鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)冷態(tài)?；娬惧仩t爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)冷態(tài)?；?n新安裝的鍋爐或經(jīng)過(guò)燃燒

12、器改造和大修后的新安裝的鍋爐或經(jīng)過(guò)燃燒器改造和大修后的 電站鍋爐，一般都要進(jìn)行爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試電站鍋爐，一般都要進(jìn)行爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試 驗(yàn)。它的目的一方面是檢查鍋爐安裝或維修驗(yàn)。它的目的一方面是檢查鍋爐安裝或維修 后的質(zhì)量，另一方面是提供鍋爐熱態(tài)運(yùn)行的后的質(zhì)量，另一方面是提供鍋爐熱態(tài)運(yùn)行的 依據(jù)，如燃燒器各通風(fēng)管道的風(fēng)量平衡、風(fēng)依據(jù)，如燃燒器各通風(fēng)管道的風(fēng)量平衡、風(fēng) 門的調(diào)節(jié)恃性、爐內(nèi)氣流分布的均勻性，等門的調(diào)節(jié)恃性、爐內(nèi)氣流分布的均勻性，等 等。等。 3、燃燒過(guò)程冷熱態(tài)模化的相似程度燃燒過(guò)程冷熱態(tài)?；南嗨瞥潭?n冷態(tài)和熱態(tài)下流動(dòng)過(guò)程大體相似，其理論分析冷態(tài)和熱態(tài)下流動(dòng)過(guò)程大體相似，其理論分析

13、 如下；如下； (1)冷熱態(tài)的流場(chǎng)處在強(qiáng)烈擾動(dòng)的湍流區(qū)。冷熱態(tài)的流場(chǎng)處在強(qiáng)烈擾動(dòng)的湍流區(qū)。 (2) 冷熱態(tài)均是近似的等溫流動(dòng)。冷熱態(tài)均是近似的等溫流動(dòng)。 (3)燃燒流動(dòng)的兩相過(guò)程有時(shí)可以作為均相處理。燃燒流動(dòng)的兩相過(guò)程有時(shí)可以作為均相處理。 nSpalding在綜合了大量冷熱態(tài)模化試驗(yàn)結(jié)果后在綜合了大量冷熱態(tài)?；囼?yàn)結(jié)果后 認(rèn)為：冷熱態(tài)過(guò)程的變化規(guī)律相同，燃料化認(rèn)為：冷熱態(tài)過(guò)程的變化規(guī)律相同，燃料化 學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，對(duì)流場(chǎng)的影響不大。學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，對(duì)流場(chǎng)的影響不大。 第二節(jié)第二節(jié) 煤粉燃燒實(shí)驗(yàn)研究煤粉燃燒實(shí)驗(yàn)研究 n?；芯恐饕獋?cè)重于燃燒設(shè)備的特性，對(duì)于模化研究主要側(cè)重于燃燒設(shè)備的特性，

14、對(duì)于 煤的燃燒特性，研究者一般采用熱天平等設(shè)煤的燃燒特性，研究者一般采用熱天平等設(shè) 備，研究煤的熱解特性、著火特性、燃燒反備，研究煤的熱解特性、著火特性、燃燒反 應(yīng)速度、燃盡程度、結(jié)渣特性等。應(yīng)速度、燃盡程度、結(jié)渣特性等。 一、煤的熱解特性研究一、煤的熱解特性研究 n熱解是煤燃燒過(guò)程中重要的初始過(guò)程，對(duì)著火熱解是煤燃燒過(guò)程中重要的初始過(guò)程，對(duì)著火 有極大的影響，同時(shí)對(duì)污染物的形成起著重要有極大的影響，同時(shí)對(duì)污染物的形成起著重要 的作用。因此，對(duì)煤熱解的理論和試驗(yàn)研究受的作用。因此，對(duì)煤熱解的理論和試驗(yàn)研究受 到越來(lái)越多的人們的重視。到越來(lái)越多的人們的重視。 熱天平熱天平 在程序控制溫度下，測(cè)量

15、物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系，在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系， 記錄質(zhì)量隨溫度變化關(guān)系得到的曲線稱作熱重記錄質(zhì)量隨溫度變化關(guān)系得到的曲線稱作熱重 曲線（或曲線（或TG曲線）。微商曲線）。微商DTG曲線。曲線。 測(cè)量物質(zhì)和參比物的溫度差和溫度關(guān)系測(cè)量物質(zhì)和參比物的溫度差和溫度關(guān)系DTA 1出氣口 2樣品 3天平 4配重 5進(jìn)氣口 6套筒 二、煤的著火特性研究二、煤的著火特性研究 n通過(guò)對(duì)煤著火機(jī)理的研究，煤的均相著火和通過(guò)對(duì)煤著火機(jī)理的研究，煤的均相著火和 非均相著火機(jī)理己為人們普遍接受。非均相著火機(jī)理己為人們普遍接受。 n采用熱天平研究煤的著火特性得到了廣泛的采用熱天平研究煤的著火特性得到了廣

16、泛的 應(yīng)用。通過(guò)得到的應(yīng)用。通過(guò)得到的TG曲線和曲線和DTG曲線來(lái)確定曲線來(lái)確定 著火點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)煤的著火特性進(jìn)行比較也是著火點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)煤的著火特性進(jìn)行比較也是 研究者常用的方法。一般常見(jiàn)的在熱天平上研究者常用的方法。一般常見(jiàn)的在熱天平上 定義著火點(diǎn)的方法有：定義著火點(diǎn)的方法有：TG-DTG法、溫度曲線法、溫度曲線 突變法、突變法、DTG曲線法、曲線法、TG曲線分界點(diǎn)法和曲線分界點(diǎn)法和 TG-DTG曲線分界點(diǎn)法等。下圖所示為熱天平曲線分界點(diǎn)法等。下圖所示為熱天平 及利用及利用TG-DTG曲線定義著火溫度的方法。曲線定義著火溫度的方法。 三、煤的燃盡特性研究三、煤的燃盡特性研究 n對(duì)于燃煤鍋爐尤其

17、大型電站鍋爐來(lái)說(shuō)，煤粉對(duì)于燃煤鍋爐尤其大型電站鍋爐來(lái)說(shuō)，煤粉 的燃盡特性將直接影響鍋爐的燃燒效率和運(yùn)的燃盡特性將直接影響鍋爐的燃燒效率和運(yùn) 行經(jīng)濟(jì)性。而煤粉的燃盡性能直接取決于炭行經(jīng)濟(jì)性。而煤粉的燃盡性能直接取決于炭 粒的燃盡，炭粒的反應(yīng)速率則受諸多因素的粒的燃盡，炭粒的反應(yīng)速率則受諸多因素的 影響。其研究方法和著火特性研究一樣，實(shí)影響。其研究方法和著火特性研究一樣，實(shí) 驗(yàn)所得結(jié)果可同時(shí)分析著火和燃盡特性。驗(yàn)所得結(jié)果可同時(shí)分析著火和燃盡特性。 四、煤的結(jié)渣特性研究四、煤的結(jié)渣特性研究 n由于結(jié)渣特性直接關(guān)系到鍋爐機(jī)組運(yùn)行的安由于結(jié)渣特性直接關(guān)系到鍋爐機(jī)組運(yùn)行的安 全性，也是鍋爐設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，

18、因此，對(duì)全性，也是鍋爐設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，因此，對(duì) 煤結(jié)渣特性進(jìn)行研究受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的煤結(jié)渣特性進(jìn)行研究受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的 重視。重視。 n對(duì)煤結(jié)渣特性的判別，一直受到許多學(xué)者的對(duì)煤結(jié)渣特性的判別，一直受到許多學(xué)者的 關(guān)注，并提出了許多的判別指數(shù)和判別方法。關(guān)注，并提出了許多的判別指數(shù)和判別方法。 從大的方面來(lái)分，主要分為灰熔融特征溫度從大的方面來(lái)分，主要分為灰熔融特征溫度 型結(jié)渣指數(shù)法、灰成分型結(jié)渣指數(shù)法、灰粘型結(jié)渣指數(shù)法、灰成分型結(jié)渣指數(shù)法、灰粘 度型結(jié)渣指數(shù)法、特種判別方法和綜合判別度型結(jié)渣指數(shù)法、特種判別方法和綜合判別 方法。方法。 1灰熔融特征溫度型結(jié)渣指數(shù)法灰熔融特征溫度型結(jié)渣指

19、數(shù)法 2灰成分型結(jié)渣指數(shù)法灰成分型結(jié)渣指數(shù)法 3灰粘度型結(jié)渣指數(shù)法灰粘度型結(jié)渣指數(shù)法 4特種判別方法特種判別方法 5綜合判別方法綜合判別方法 五、煤燃燒污染排放特性研究五、煤燃燒污染排放特性研究 n人們的環(huán)境意識(shí)及對(duì)環(huán)境的要求隨著工業(yè)化人們的環(huán)境意識(shí)及對(duì)環(huán)境的要求隨著工業(yè)化 的發(fā)展日益提高。對(duì)降低煤燃燒產(chǎn)生的污染的發(fā)展日益提高。對(duì)降低煤燃燒產(chǎn)生的污染 物的排放的研究也越來(lái)越深入，已經(jīng)達(dá)到實(shí)物的排放的研究也越來(lái)越深入，已經(jīng)達(dá)到實(shí) 用階段。目前控制的主要?dú)怏w污染物為用階段。目前控制的主要?dú)怏w污染物為NOx 和和SOx，正進(jìn)行，正進(jìn)行CO2的控制研究。的控制研究。 第三節(jié)第三節(jié) 混煤燃燒特性研究混煤

20、燃燒特性研究 n一般說(shuō)來(lái)，混煤燃燒時(shí)，若煤種選擇恰當(dāng)，混一般說(shuō)來(lái)，混煤燃燒時(shí)，若煤種選擇恰當(dāng)，混 合均勻，配比合理，創(chuàng)造良好的燃燒條件，能合均勻，配比合理，創(chuàng)造良好的燃燒條件，能 給電廠更大的選擇余地，能允許操作系統(tǒng)對(duì)電給電廠更大的選擇余地，能允許操作系統(tǒng)對(duì)電 廠參數(shù)做出更好的控制，發(fā)揮組分煤種各自的廠參數(shù)做出更好的控制，發(fā)揮組分煤種各自的 優(yōu)越性，取長(zhǎng)補(bǔ)短，給鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)性帶優(yōu)越性，取長(zhǎng)補(bǔ)短，給鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)性帶 來(lái)良好的影響。來(lái)良好的影響。 n燃燒過(guò)程的數(shù)值模擬發(fā)展至今，已經(jīng)形成了較燃燒過(guò)程的數(shù)值模擬發(fā)展至今，已經(jīng)形成了較 為成熟的研究?jī)?nèi)容和研究方法。大致可分為如為成熟的研究?jī)?nèi)容和研

21、究方法。大致可分為如 下內(nèi)容下內(nèi)容 1、構(gòu)造基本方程和理論模型、構(gòu)造基本方程和理論模型 需要?；姆诌^(guò)程有：湍流流動(dòng)、湍流燃燒、需要模化的分過(guò)程有：湍流流動(dòng)、湍流燃燒、 輻射換熱、多相流動(dòng)和燃燒等。輻射換熱、多相流動(dòng)和燃燒等。 2、數(shù)值方法、數(shù)值方法 數(shù)值方法主要包括確定邊界條件、建立有限差數(shù)值方法主要包括確定邊界條件、建立有限差 分方程組和制定求解方法等。分方程組和制定求解方法等。 3、編寫(xiě)和調(diào)試計(jì)算機(jī)程序、編寫(xiě)和調(diào)試計(jì)算機(jī)程序 根據(jù)理論模型和有限差分方程組及求解方法，根據(jù)理論模型和有限差分方程組及求解方法， 編寫(xiě)和調(diào)試計(jì)算機(jī)程序。編寫(xiě)和調(diào)試計(jì)算機(jī)程序。 4、程序的驗(yàn)證和實(shí)際應(yīng)用、程序的驗(yàn)證

22、和實(shí)際應(yīng)用 程序調(diào)試完成后，需要針對(duì)各種工況進(jìn)行模程序調(diào)試完成后，需要針對(duì)各種工況進(jìn)行模 擬計(jì)算，并和實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證，擬計(jì)算，并和實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證， 才能不斷地改進(jìn)模型和計(jì)算方法。數(shù)值模擬才能不斷地改進(jìn)模型和計(jì)算方法。數(shù)值模擬 的最終目的是應(yīng)用于工程實(shí)際。的最終目的是應(yīng)用于工程實(shí)際。 一、數(shù)學(xué)模型一、數(shù)學(xué)模型 反應(yīng)流基本方程反應(yīng)流基本方程 n燃燒是包含有劇烈放熱化學(xué)反應(yīng)的流動(dòng)過(guò)程。燃燒是包含有劇烈放熱化學(xué)反應(yīng)的流動(dòng)過(guò)程。 描述燃燒規(guī)律的定律主要有：質(zhì)量守恒、動(dòng)量描述燃燒規(guī)律的定律主要有：質(zhì)量守恒、動(dòng)量 平衡、能量平衡、化學(xué)組分平衡和化學(xué)元素質(zhì)平衡、能量平衡、化學(xué)組分平衡和化學(xué)

23、元素質(zhì) 量守恒等等?；痉匠淌腔径傻臄?shù)學(xué)表達(dá)量守恒等等?；痉匠淌腔径傻臄?shù)學(xué)表達(dá) 式，是對(duì)流動(dòng)和燃燒過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬的理式，是對(duì)流動(dòng)和燃燒過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬的理 論基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。論基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。 1、粘性流動(dòng)基本方程組（、粘性流動(dòng)基本方程組（Navier-Stokes方程方程 組）組） 2、湍流流動(dòng)模型、湍流流動(dòng)模型 n湍流流動(dòng)的?；旧鲜菄@前述湍流輸湍流流動(dòng)的模化基本上是圍繞前述湍流輸 運(yùn)通量運(yùn)通量( )（也稱為雷諾應(yīng)力）進(jìn)行的。（也稱為雷諾應(yīng)力）進(jìn)行的。 其方法主要有兩類：一類是引入湍流輸運(yùn)其方法主要有兩類：一類是引入湍流輸運(yùn) 系數(shù)的概念，問(wèn)題歸結(jié)為如何給出該輸運(yùn)系數(shù)的概念，

24、問(wèn)題歸結(jié)為如何給出該輸運(yùn) 系數(shù)；另一類是直接推導(dǎo)該通量的代數(shù)表系數(shù)；另一類是直接推導(dǎo)該通量的代數(shù)表 達(dá)式或其封閉的輸運(yùn)方程。達(dá)式或其封閉的輸運(yùn)方程。 1、湍流粘性系數(shù)模型、湍流粘性系數(shù)模型 n湍流粘性概念湍流粘性概念 針對(duì)二維邊界層問(wèn)題，針對(duì)二維邊界層問(wèn)題，Boussinesq在在1877年首年首 先引入了湍流粘性的概念。對(duì)非邊界層類型先引入了湍流粘性的概念。對(duì)非邊界層類型 的流動(dòng)，可采用如下形式的模擬表達(dá)式來(lái)表的流動(dòng)，可采用如下形式的模擬表達(dá)式來(lái)表 示雷諾應(yīng)力：示雷諾應(yīng)力： n上式中，上式中，k稱為湍流動(dòng)能，稱為湍流動(dòng)能，t稱為湍流粘性系數(shù)。稱為湍流粘性系數(shù)。 n為了確定為了確定t ，需要求

25、解，需要求解k及及l(fā)。根據(jù)需要求解的微分。根據(jù)需要求解的微分 方程的個(gè)數(shù)，把湍流粘性系數(shù)模型又分為零方程模方程的個(gè)數(shù)，把湍流粘性系數(shù)模型又分為零方程模 型、單方程模型和雙方程模型。其中應(yīng)用最廣泛的型、單方程模型和雙方程模型。其中應(yīng)用最廣泛的 是雙方程模型中的是雙方程模型中的k-模型。模型。 nk-雙方程模型雙方程模型 的物理概念是粘性項(xiàng)所引起的湍動(dòng)能的的物理概念是粘性項(xiàng)所引起的湍動(dòng)能的 耗散速率。耗散速率。k和和的輸遠(yuǎn)方程可通過(guò)瞬態(tài)的輸遠(yuǎn)方程可通過(guò)瞬態(tài) 量的量的N-S方程推導(dǎo)而得。經(jīng)過(guò)雷諾分解與方程推導(dǎo)而得。經(jīng)過(guò)雷諾分解與 平均及?；蟮母飨蛲圆豢蓧嚎s湍流平均及?；蟮母飨蛲圆豢蓧嚎s湍流

26、的的k和和輸運(yùn)方程為輸運(yùn)方程為 n雷諾應(yīng)力方程模型雷諾應(yīng)力方程模型 直接推導(dǎo)雷諾應(yīng)力的輸運(yùn)方程，通過(guò)求解該輸運(yùn)方程直接推導(dǎo)雷諾應(yīng)力的輸運(yùn)方程，通過(guò)求解該輸運(yùn)方程 來(lái)封閉湍流運(yùn)動(dòng)微分方程組，這種方法稱為雷諾應(yīng)力來(lái)封閉湍流運(yùn)動(dòng)微分方程組，這種方法稱為雷諾應(yīng)力 模型模型(Reynolds Stress Model，即，即RSM)。求解雷諾應(yīng)。求解雷諾應(yīng) 力的方程，可以是微分方程力的方程，可以是微分方程(DSM：Differential Stress Model)或者是其簡(jiǎn)化形式或者是其簡(jiǎn)化形式-代數(shù)方程代數(shù)方程(ASM： Algebraic Stress Model)。雷諾應(yīng)力模型通過(guò)建立和。雷諾應(yīng)

27、力模型通過(guò)建立和 模擬雷諾應(yīng)力模擬雷諾應(yīng)力-二階關(guān)聯(lián)量的方程求得均流問(wèn)題的封二階關(guān)聯(lián)量的方程求得均流問(wèn)題的封 閉，故又稱為二階矩封閉模型閉，故又稱為二階矩封閉模型(Second-Moment Closure)。 雷諾應(yīng)力的微分方程模型雷諾應(yīng)力的微分方程模型(DSM) 雷諾應(yīng)力的代數(shù)方程模型雷諾應(yīng)力的代數(shù)方程模型(ASM) n 作為作為k-方程及方程及DSM模型的一個(gè)折衷方案，模型的一個(gè)折衷方案， ASM模型包含應(yīng)力和通量的代數(shù)表達(dá)式及帶有模型包含應(yīng)力和通量的代數(shù)表達(dá)式及帶有 各向異性擴(kuò)散項(xiàng)的各向異性擴(kuò)散項(xiàng)的k方程和方程和方程。其主要思路方程。其主要思路 是將應(yīng)力或通量的輸運(yùn)方程簡(jiǎn)化為代數(shù)表達(dá)式

28、，是將應(yīng)力或通量的輸運(yùn)方程簡(jiǎn)化為代數(shù)表達(dá)式， 同時(shí)仍保留各向異性湍流的基本特征。?；笸瑫r(shí)仍保留各向異性湍流的基本特征。?；?的的ASM模型方程組為模型方程組為 nASM模型反映了與浮力及旋流效應(yīng)有關(guān)的模型反映了與浮力及旋流效應(yīng)有關(guān)的 各向異性湍流的基本特征，同時(shí)與各向異性湍流的基本特征，同時(shí)與DSM模模 型相比大大削減了方程數(shù)目，也無(wú)需分別型相比大大削減了方程數(shù)目，也無(wú)需分別 給出各應(yīng)力及通量分量的入口及邊界條件，給出各應(yīng)力及通量分量的入口及邊界條件， 因此該模型拓寬了因此該模型拓寬了k-模型的適用范圍。但模型的適用范圍。但 該模型僅適用于不很偏離局部平衡條件的該模型僅適用于不很偏離局部平衡條件的 流動(dòng)過(guò)程。它無(wú)法計(jì)算出反梯度擴(kuò)散效應(yīng)，流動(dòng)過(guò)程。它無(wú)法計(jì)算出反梯度擴(kuò)散效應(yīng)， 同時(shí)在三維計(jì)算中的收斂性方面常常有相同時(shí)在三維計(jì)算中的收斂性方面常常有相 當(dāng)大的困難。當(dāng)大的困難。 3、湍流氣固兩相流動(dòng)模型、湍流氣固兩相流動(dòng)模型 n煤粉燃燒過(guò)程是典型的湍流氣固兩相流動(dòng)和煤粉燃燒過(guò)程是典型的湍流氣固兩相流動(dòng)和 燃燒過(guò)程。研究氣固兩相流動(dòng)的方法可分為燃燒過(guò)程。研究氣固兩相流動(dòng)的方法可分為 兩類：一類是把流體或氣體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)，兩類：一類是把流體或氣體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)， 而將顆粒視為離散體系；另一類是把流體與而將顆粒視為離散體系；另一類是把流體與 顆