·100· 工程科学学报，第39卷，第1期 表3边界条件 Table 3 Boundary conditions 位置 种类 参数 数值 燃料 质量流量 2.93×10-3kg°s1 入口 空气 质量流量，过剩空气系数1.1 5.47×10-2kgs1 出口 烟气 压力 0Pa 壁面 无滑移，壁面函数法 对流和辐射换热 a=1Wm2.K-1:s=0.85 环境 试验测定的炉温平均值 1223K 成分及分级比的影响状况进行研究与分析 量进行了具体分析 3.1空气和燃气分级的研究 3.1.1流场分析 在燃烧过程中，空气作为助燃气体对火焰的燃烧 图6给出的是主管与两支管处空气和燃气分配比 特性有着极其重要的影响.空气量少不足以支持燃气 变化时，辐射管对称面上气体速度分布图.从图中可 完全燃烧时会形成富燃料燃烧，可以降低燃烧温度和 以看出，当支管通入空气量增加时，管内气体整体速度 放热量，在二区通入剩余的空气，使其参与燃烧，保证 变小，尤其是中心管处气体平均速度迅速降低，这种速 燃气燃尽，同时提高支管下游烟气的温度，从而提高温 度分布有利于减轻高速气体对辐射管管壁的大力冲 度均匀性 击，延长辐射管的使用寿命.主管和支管通入燃气量 本节分别研究了空气和燃气分级情况下，主管与 的多少对管内气体流动速度影响较小.这是因为燃烧 两个支管处燃气分配比分别为9：0.5：0.5、8：1：1、7： 过程中需要的燃气量本身很少，而且速度相对较小，燃 1.5:1.5、6:2:2、5:2.5:2.54:3:3和3：3.5：3.5时的分 气量的改变对管内气体分布产生的影响很小，可以 布状况，下面对辐射管内气体流动、温度场和壁面传热 忽略 速度m·s) 速度/(m·s ■108 108 97 91 86 76 6 65 90.5:0.5 7:15:1.5 90.50.5 7:151.5 54 43 43 32 22 22 52.525 3353.5 11 52.5:2.5 3:3.5:3.5 0 (a) 图6气体速度分布云图.(a)空气分级：(b)燃气分级 Fig.6 Gas velocity distribution diagram:(a)air classification;(b)gas classification 图7是主管和支管通入空气和燃气量变化时，主 0.090 管截面通过气体的质量流量变化图.从图中可以看 ·一空气 0.085 。燃气 出，当支管通入空气量增加时，辐射管的气体循环量减 、0.080 小，支管通入空气占总空气量从5%增加到35%时，中 心管截面的气体质量流量从0.0785kg·s1减少到 0.075 0.070 0.0556kgs1,说明在主管和支管气体速度不变的前 0.065 提下，主管处通入空气量增加，能提高辐射管的烟气循 环量.当支管通入燃气量增加时，辐射管的气体循环 0.060 量先迅速减小，支管通入燃气量为总燃气量的5%时， 0.055 主管截面通过气体的质量流量为0.0834kg·s·,支管 90.50.58117:1.5:1.562252.52.54:333:3.5:3.5 分配比 通入燃气量为总燃气量的20%时，主管截面通过气体 图7主管截面质量流量变化曲线 的质量流量为0.0818kgs,降低了2%；支管通入燃 Fig.7 Change curve of mass flow 气量大于总燃气量的20%时，随着支管燃气量的增 加，主管截面的气体质量流量逐渐增加，说明在主管和 支管气体速度不变的前提下，支管通入燃气量为20%工程科学学报,第 39 卷,第 1 期 表 3 边界条件 Table 3 Boundary conditions 位置 种类 参数 数值 入口 燃料 质量流量 2郾 93 伊 10 - 3 kg·s - 1 空气 质量流量,过剩空气系数 1郾 1 5郾 47 伊 10 - 2 kg·s - 1 出口 烟气 压力 0 Pa 壁面 无滑移,壁面函数法 对流和辐射换热 琢 = 1 W·m - 2·K - 1 ; 着 = 0郾 85 环境 — 试验测定的炉温平均值 1223 K 成分及分级比的影响状况进行研究与分析. 3郾 1 空气和燃气分级的研究 在燃烧过程中,空气作为助燃气体对火焰的燃烧 特性有着极其重要的影响. 空气量少不足以支持燃气 完全燃烧时会形成富燃料燃烧,可以降低燃烧温度和 放热量,在二区通入剩余的空气,使其参与燃烧,保证 燃气燃尽,同时提高支管下游烟气的温度,从而提高温 度均匀性. 本节分别研究了空气和燃气分级情况下,主管与 两个支管处燃气分配比分别为 9颐 0郾 5颐 0郾 5、8颐 1颐 1、7颐 1郾 5颐 1郾 5、6颐 2颐 2、5颐 2郾 5颐 2郾 5、4颐 3颐 3和 3颐 3郾 5颐 3郾 5 时的分 布状况,下面对辐射管内气体流动、温度场和壁面传热 量进行了具体分析. 3郾 1郾 1 流场分析 图 6 给出的是主管与两支管处空气和燃气分配比 变化时,辐射管对称面上气体速度分布图. 从图中可 以看出,当支管通入空气量增加时,管内气体整体速度 变小,尤其是中心管处气体平均速度迅速降低,这种速 度分布有利于减轻高速气体对辐射管管壁的大力冲 击,延长辐射管的使用寿命. 主管和支管通入燃气量 的多少对管内气体流动速度影响较小. 这是因为燃烧 过程中需要的燃气量本身很少,而且速度相对较小,燃 气量的改变对管内气体分布产生的影响很小,可以 忽略. 图 6 气体速度分布云图. (a)空气分级;(b)燃气分级 Fig. 6 Gas velocity distribution diagram: (a) air classification;(b) gas classification 图 7 是主管和支管通入空气和燃气量变化时,主 管截面通过气体的质量流量变化图. 从图中可以看 出,当支管通入空气量增加时,辐射管的气体循环量减 小,支管通入空气占总空气量从 5% 增加到 35% 时,中 心管截面的气体质量流量从 0郾 0785 kg·s - 1 减少到 0郾 0556 kg·s - 1 ,说明在主管和支管气体速度不变的前 提下,主管处通入空气量增加,能提高辐射管的烟气循 环量. 当支管通入燃气量增加时,辐射管的气体循环 量先迅速减小,支管通入燃气量为总燃气量的 5% 时, 主管截面通过气体的质量流量为 0郾 0834 kg·s - 1 ,支管 通入燃气量为总燃气量的 20% 时,主管截面通过气体 的质量流量为 0郾 0818 kg·s - 1 ,降低了 2% ;支管通入燃 气量大于总燃气量的 20% 时,随着支管燃气量的增 加,主管截面的气体质量流量逐渐增加,说明在主管和 图 7 主管截面质量流量变化曲线 Fig. 7 Change curve of mass flow 支管气体速度不变的前提下,支管通入燃气量为 20% ·100·