锅炉一次风通过节流孔板时的数值模拟0造粒机组

锅炉一次风通过节流孔板时的数值模拟

锅炉一次风通过节流孔板时的数值模拟 2011年12月09日 来源： 分类号：O242.1：TK223.2　文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）02－0162-03Numerical Simulation of a Boiler Primary-Air Flow through a Throttle Orifice-platePan Weiguo　Shen Feng　Zheng Puyan, et al（Shanghai Electric Power Institute）Abstract：A numerical simulation was conducted of the air and pulverized-coal multi-phase flow pattern after an adjustable throttle orifice-plate was installed in the pulverized-coal horizontal feed-pipe of a boiler combustion system. It has been found through the above-mentioned simulation that an effective numerical simulation method consists in the following：a gas-phase turbulent flow model is first described by the use of a K-ε dual-equation model and with the help of SIMPLE algorithm the gas-phase speed field can be calculated. Then, a FSRT model and Lagrange method are employed to calculate the particle field characteristics.Key words：gas-solid multiple-phase flow, numerical simulation▲1　引言　　气固多相流广泛存在于能源、化工和冶金等行业，电站锅炉一次风管内煤粉与空气的混合物 是典型的气固多相流动，对其进行研究有着重要的理论意义和工程应用价值。　　在气固多相流动研究过程中，早期主要靠实验手段［1，2］，然后随着计算机技术和 计算技 术的不断发展，多相流动进入一个新领域，数值模拟开始部分替代实验，各种计算模型不断 涌 现，先后出现了湍流粘性模型、拟流体模型以及Spalding等人提出的现在被广泛使用的k -ε双方程模型。另外，对于管壁附近的流动，先后有低Re数的k-ε双方程模型、壁面函 数法以及Gibson M M和Dafa′Alla A A［3］等人提出的q-ζ模型，而 且他 们各自分别对不同的流动状况进行了数值模拟，取得了令人满意的结果。虽然流动模型是多 样的，但由理论上综合，不外乎分成四种模型，即：无滑移模型、小滑移模型和滑移-扩散 模型、颗粒群轨道模型。其中无滑移模型、小滑移模型和滑移-扩散模型都把颗粒相当作连 续介质，其一般采用双流体模型(Two-Fluid Model)计算；颗粒轨道模型求解一般采用Crow e［4］提出的单元内粒源法(PSCI法)，该算法是在Euler坐标系中考察流体相的运动 ，而在Lagrange坐标系中研究颗粒群的运动。　　尽管双流体模型和轨道模型被广泛采用，且有许多好的结果，但两者还不能很好地反映实际 情况，尤其象不同颗粒尺寸下产生的不同湍流扩散效果等问题。为此，有些学者在PSIC方法 的基础上，提出了FSRT模型，并用此模型计算了气固两相射流问题，结果更接近于实际工况 ［5］。本文将采用相应的数学模型通过数值模拟的方法对气粉混合物流过带有不同 节流开度孔板的一次风管时的流动情况进行研究。2　气固多相流动数值模拟的基本方法　　现在对Navier-Stokes方程组的求解一般使用的方法是压力修正法中的SIMPLE算法， 即在单相流动中，利用连续性方程来对压力进行修正，从而得出速度的校正值和新的流场分 布；然后对于气固多相流动，利用前面算出的速度分布、相应的多相流体流动模型和颗粒与 壁面碰撞反弹模型，用Lagrange法算出颗粒场的运动特性，并进行气相场与固相场的藕合计 算。　　本文采用在工程上被广泛应用的湍流模型k-ε双方程模型，其封闭在直角坐标系下的偏 微分方程组可写成如下通用形式：　　(1)其中，Γ，S各项的意义见参考文献［6］。　　采用考虑颗粒群湍流扩散的脉动频谱随机颗粒轨道模型来模拟气固两相流动，采用由Taba koff等人由大量试验得出的碰撞-反弹恢复比经验关系式(Beacher & Tabakoff,1982)来模 拟煤粉颗粒与壁面的碰撞：　　(2)　　(3)其中α1和α2分别为碰撞角和反弹角；Vp1和Vp2分别为颗粒碰撞

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